Πώς ένα buffer διατηρεί το ρΗ να αλλάξει πολύ όταν ένα οξύ προστίθεται στο διάλυμα;
1. Τι είναι ένα buffer;
Ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα μείγμα που αντιστέκεται στις μεταβολές στο ρΗ όταν προστίθενται μικρές ποσότητες οξέος ή βάσης. Περιέχει συνήθως ένα αδύναμο οξύ και τη συζευγμένη βάση του ή μια αδύναμη βάση και το συζευγμένο οξύ του.
2. Η δράση του buffer
* Αδύναμο οξύ/βάση: Ένα αδύναμο οξύ (όπως το οξικό οξύ, το CH3COOH) ή η αδύναμη βάση (όπως η αμμωνία, NH3) δεν διαχωρίζονται πλήρως σε διάλυμα. Αυτό σημαίνει ότι μόνο εν μέρει απελευθερώνει ιόντα υδρογόνου (Η+) ή ιόντα υδροξειδίου (ΟΗ-), αντίστοιχα.
* Ζεύγος συζευγμένων: Το αδύναμο οξύ και η συζευγμένη βάση του (ιζαιώδες ιόν, CH3COO-) ή η αδύναμη βάση και το συζευγμένο οξύ του (ιόν αμμωνίου, NH4+) υπάρχουν σε ισορροπία.
3. Προσθήκη οξέος (Η+)
Όταν προσθέτετε ένα οξύ σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα, συμβαίνουν τα ακόλουθα:
* Η βάση συζευγμένων αντιδρά με το προστιθέμενο Η+: Τα προστιθέμενα ιόντα υδρογόνου εξουδετερώνονται αντιδρώντας με τη συζευγμένη βάση του ρυθμιστικού διαλύματος. Για παράδειγμα, στο ρυθμιστικό οξικού οξέος:
CH3COO- (aq) + Η + (aq) ⇌ ch3cooh (aq)
* Μετατοπίσεις ισορροπίας: Η ισορροπία μετατοπίζεται για να ευνοήσει το σχηματισμό του ασθενούς οξέος, καταναλώνοντας το προστιθέμενο Η+ και ελαχιστοποιώντας την αλλαγή στο pH.
4. Προσθήκη βάσης (OH-)
Όταν προσθέτετε μια βάση σε μια λύση buffer, συμβαίνουν τα ακόλουθα:
* Το αδύναμο οξύ αντιδρά με το προστιθέμενο OH-: Τα προστιθέμενα ιόντα υδροξειδίου εξουδετερώνονται αντιδρώντας με το αδύναμο οξύ στο ρυθμιστικό διάλυμα. Για παράδειγμα:
CH3COOH (AQ) + OH- (AQ) ⇌ CH3COO- (AQ) + H2O (L)
* Μετατοπίσεις ισορροπίας: Η ισορροπία μετατοπίζεται για να ευνοήσει το σχηματισμό της βάσης συζυγούς, καταναλώνοντας την προστιθέμενη OH- και ελαχιστοποιώντας την αλλαγή στο pH.
Συνοπτικά
Τα ρυθμιστικά λειτουργούν χρησιμοποιώντας μια αναστρέψιμη αντίδραση μεταξύ ενός ασθενούς οξέος/βάσης και της συζευγμένης βάσης/οξέος για να εξουδετερώσουν τα προστιθέμενα ιόντα Η+ ή ΟΗ. Το ρυθμιστικό σύστημα ουσιαστικά "απορροφά" το προστιθέμενο οξύ ή τη βάση, αποτρέποντας σημαντικές μεταβολές στο συνολικό ρΗ του διαλύματος.
Σημαντική σημείωση: Τα buffer έχουν περιορισμένη χωρητικότητα. Η προσθήκη υπερβολικών ποσοτήτων οξέος ή βάσης θα κατακλύσει τελικά το ρυθμιστικό διάλυμα και το pH θα αλλάξει δραματικά.
