Πώς τα ρυθμιστικά διαλύματα μειώνουν τις μεταβολές στο ρΗ όταν τα ιόντα υδρογόνου ή το υδροξείδιο προστίθενται σε ένα διάλυμα;

Τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι διαλύματα που αντιστέκονται στις μεταβολές στο ρΗ όταν προστίθενται οξέα ή βάσεις. Το επιτυγχάνουν αυτό χρησιμοποιώντας ένα συζευγμένο ζεύγος οξέος-βάσης, το οποίο μπορεί να εξουδετερώσει τα προστιθέμενα ιόντα Η+ ή ΟΗ, ελαχιστοποιώντας την επίδρασή τους στο συνολικό ρΗ. Δείτε πώς λειτουργεί:

1. Το ζεύγος buffer:

* Ένα ρυθμιστικό διάλυμα αποτελείται από ένα αδύναμο οξύ (ΗΑ) και τη συζευγμένη βάση του (Α-) ή από μια αδύναμη βάση (Β) και το συζευγμένο οξύ του (BH+).

* Αδύναμο οξύ: Ένα αδύναμο οξύ μόνο εν μέρει ιονίζει σε διάλυμα, που σημαίνει ότι δεν απελευθερώνει όλα τα ιόντα υδρογόνου του (Η+).

* Βάση συζεύξεως: Η βάση συζευγμένων είναι η αποπρωτονιωμένη μορφή του ασθενούς οξέος, ικανή να δεχτεί ιόντα Η+.

2. Αντίσταση αλλαγών pH:

* Προσθήκη Η+: Όταν τα ιόντα υδρογόνου προστίθενται στο διάλυμα ρυθμιστικού διαλύματος, η βάση συζευγμένης βάσης (Α-) αντιδρά μαζί τους για να σχηματίσουν το αδύναμο οξύ (HA):

* A- + h + ⇌ ha

* Αυτή η αντίδραση καταναλώνει την προστιθέμενη Η+, εμποδίζοντας τη σημαντική μείωση του ρΗ.

* Προσθήκη oh-: Όταν τα ιόντα υδροξειδίου προστίθενται στο διάλυμα ρυθμιστικού διαλύματος, το αδύναμο οξύ (ΗΑ) αντιδρά μαζί τους για να σχηματίσουν νερό και τη βάση συζευγμένων (Α-):

* Ha + oh- ⇌ a- + h2o

* Αυτή η αντίδραση καταναλώνει την προστιθέμενη OH-, εμποδίζοντας μια σημαντική αύξηση στο pH.

3. Ισορροπία και χωρητικότητα buffer:

* Η ισορροπία μεταξύ του ασθενούς οξέος και της συζευγμένης βάσης του είναι ζωτικής σημασίας για την αποδέσμευση.

* Η ικανότητα του ρυθμιστικού διαλύματος να αντισταθεί στις αλλαγές του pH εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις του ασθενούς οξέος και τη συζευγμένη βάση του. Ένα buffer είναι πιο αποτελεσματικό όταν οι συγκεντρώσεις είναι περίπου ίσες.

Παράδειγμα:

Εξετάστε ένα ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει οξικό οξύ (CH3COOH) και ιόντα οξικού άλατος (CH3COOO-):

* Προσθήκη Η+: Τα ιόντα οξικών (CH3COO-) θα αντιδράσουν με το προστιθέμενο Η+ για να σχηματίσουν οξικό οξύ (CH3COOH), ελαχιστοποιώντας την αλλαγή του ρΗ.

* Προσθήκη oh-: Το οξικό οξύ (CH3COOH) θα αντιδράσει με το προστιθέμενο OH- για να σχηματίσει νερό (Η2Ο) και ιόντα οξικού (CH3COOO-), ελαχιστοποιώντας και πάλι την αλλαγή του ρΗ.

Συνοπτικά:

Τα ρυθμιστικά διατηρήσεις διατηρούν ένα σταθερό ρΗ χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι συζευγμένου οξέος-βάσης για να εξουδετερώσουν τα προστιθέμενα ιόντα Η+ ή ΟΗ. Αυτή η ικανότητα είναι κρίσιμη για τα βιολογικά συστήματα, όπου τα ένζυμα και άλλα μόρια λειτουργούν βέλτιστα μέσα σε ένα στενό εύρος ρΗ.