Bufferoplossingen zijn een van de belangrijkste soorten chemisch reagens die worden gebruikt in chemisch onderzoek, biologisch onderzoek en de industrie. Hun bruikbaarheid komt meestal voort uit hun vermogen om weerstand te bieden aan veranderingen in de pH. Als je in de wetenschappelijke klas aandacht hebt besteed, zul je je misschien herinneren dat pH de eenheid is van de zuurgraad van een oplossing. Ten behoeve van deze bespreking kan zuurgraad worden gedefinieerd als de concentratie van waterstofionen (H +) in oplossing. Hoe zuur een oplossing is, beïnvloedt welke reacties plaatsvinden en hoe snel. Het vermogen om pH te regelen is cruciaal voor het succesvol voltooien van een groot aantal chemische reacties, en dus hebben bufferoplossingen een groot aantal toepassingen. Maar eerst is het belangrijk om te begrijpen hoe bufferoplossingen werken.

Zuren en Conjugate Bases

Bufferoplossingen zijn meestal een combinatie van een zuur en de geconjugeerde base. Zoals we hierboven hebben geleerd, kan zuurgraad worden gedefinieerd als de concentratie van H + -ionen in oplossing. Daarom zijn zuren verbindingen die H + -ionen in oplossing vrijmaken. Als zuren de concentratie van H + verhogen, volgt hieruit dat de tegenstellingen, basen, de H + -concentratie verlagen.

Wanneer een zuur een H + verliest, creëert het een geconjugeerde base. Dit wordt het best geïllustreerd door een voorbeeld te nemen, zoals CH3COOH (azijnzuur). Wanneer CH3COOH als een zuur fungeert, dissocieert het in H + en CH3COO- (acetaat). CH3COO- is een base, omdat het H + kan accepteren om azijnzuur te maken. Het is dus de geconjugeerde base van azijnzuur, of de base die wordt geproduceerd wanneer azijnzuur een H + -ion afgeeft. Dit concept lijkt in eerste instantie gecompliceerd, maar wees ervan verzekerd dat het niet moeilijk is om geconjugeerde basen te kiezen in echte reacties. Het is in wezen wat er overblijft van het zuur nadat een H + -ion is vrijgegeven.

Principe en buffers van Le Chatelier

Chemische reacties zijn omkeerbaar. Onze reactie van bovenaf als voorbeeld nemen,

CH3COOH ----- & gt; CH3COO- en H +

CH3COO- en H + (de producten) kunnen worden gecombineerd om CH3COOH (uitgangsmateriaal) te vormen, wat we de "omgekeerde reactie" zouden noemen. Een reactie kan dus doorgaan naar rechts of links, vooruit of achteruit. Het principe van Le Chatelier is een regel die stelt dat de linker- en rechterkant van de reactie de voorkeur geven aan een bepaald evenwicht of verhouding tussen henzelf. In dit geval stelt het principe van Le Chatelier in feite dat als u meer product (H + of acetaat) toevoegt, de reactie naar links verschuift (naar uitgangsmaterialen) en het uitgangsmateriaal (azijnzuur) als reactie zal worden gevormd.

Evenzo, als meer product wordt toegevoegd, zal er meer uitgangsmateriaal ontstaan. Wanneer CH3COOH wordt gevormd, wordt H + uit de oplossing verwijderd omdat het zich bindt met CH3COO-, waardoor de zuurgraad van de oplossing niet zal toenemen. Hetzelfde algemene principe is van toepassing als een base wordt toegevoegd, meer H + wordt vrijgegeven en de pH van de oplossing onveranderd blijft. Dit is de methode waarmee een bufferoplossing, of een combinatie van een zuur en zijn geconjugeerde base, veranderingen in pH kan weerstaan.

Toepassingen van bufferoplossingen

Uw lichaam gebruikt buffers om een bloed-pH van 7.35-7.45, en ook in een groot aantal biochemische reacties waarbij enzymen zijn betrokken. Enzymen zijn zeer complexe verbindingen die vaak nauwkeurige pH-waarden vereisen om correct te kunnen reageren, een rol die wordt opgevuld door organische buffers die door uw lichaam worden geproduceerd. Om dezelfde reden zijn buffers essentieel voor een bioloog of chemicus die experimenten uitvoert in het laboratorium. Vaak is een bepaalde pH vereist om het te onderzoeken proces te laten plaatsvinden en zijn bufferoplossingen de enige manier om deze omstandigheden te waarborgen.

Bufferoplossingen worden ook veel gebruikt in de industrie. Industriële processen waarvoor bufferoplossingen nodig zijn, omvatten fermentatie, beheersing van kleurstofprocessen en fabricage van farmaceutische producten.