Back to chapter

16.2:

בופרים

JoVE 핵심
화학
JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다.  전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.
JoVE 핵심 화학
Buffers

Languages

소셜에 공유하기

הוספה של כמות קטנה של חומצה או בסיס לתמיסה יכולה להוריד משמעותית את ה-pH או להעלות אותו. יחד עם זאת, תהליכים כימיים וביו-כימיים רבים זקוקים ל-pH יציב כדי לתפקד. בופרים יכולים למנוע שינוי דרסטי ב-pH של תמיסה כל עוד לא עוברים את קיבול הבופר שלהם.בופרים מכילים חומצה חלשה ואת הבסיס המצומד לה או בסיס חלש ואת החומצה המצומדת לו. לדוגמה, דם אנושי שומר על ה-pH שלו קרוב ל-7.4 בעזרת בופר המורכב מחומצה פחמנית, חומצה חלשה, ויוני ביקרבונאט, הבסיס המצומד שלה. זוגות של חומצות-בסיס מצומדים יוצרים בופרים משום שהם לא מנטרלים את הבסיס או את החומצה המצומדים שלהם.לדוגמה, חומצה אצטית ואצטט לא יכולים להגיב זה עם זה. לעומת זאת, אם חומצה אצטית, חומצה חלשה, ואמוניה, בסיס חלש, מומסים יחד, הם יגיבו וייצרו מלח, אמוניום אצטט. בבופר, חומצה חלשה מנטרלת כל בסיס שנוסף על ידי כך שהיא מגיבה עם יוני ההידרוקסיד שנוצרים, ואילו הבסיס המצומד מנטרל כל חומצה שנוספת על ידי כך שהוא מגיב עם יוני הידרוניום.מנגנון דומה עובד במקרה של בסיס חלש והחומצה המצומדת שלו. שתי כוסות כימיות, X ו-Y מכילות נפח זהה של תמיסות שונות, כל אחת מהן עם pH של 7.2. התמיסה שבכלי X היא לא בופר.בשונה ממנה, התמיסה בכלי Y מכילה בופר של חומצה אצטית-אצטט. אם מוסיפים חומצה הידרוכלורית לכוס הכימית X, ה-pH של התמיסה יורד באופן פתאומי בשל העלאת ריכוז יוני ההידרוניום. לעומת זאת, התמיסה בכוס הכימית Y שומרת על pH קבוע כשמוסיפים חומצה הידרוכלורית, כיוון שאחד ממרכיבי הבופר, אצטט, מגיב עם החומצה ההידרוכלורית ויוצר יון כלור וחומצה אצטית.בדומה לכך, אם נוסיף לכוס הכימית X נתרן הידרוקסיד, ה-pH של התמיסה יעלה מיד בשל העלייה בריכוז יוני ההידרוקסיד. מצד שני, התמיסה בכוס הכימית Y מראה שינוי מינימלי ב-pH כשמוסיפים אליה נתרן הידרוקסיד כיוון שאחד מרכיבי הבופר, חומצה אצטית, מגיב עם הנתרן הידרוקסיד ויוצר נתרן אצטט ומולקולת מים. הבופר יכול למנוע שינוי דרסטי ב-pH של התמיסה כל עוד ריכוז הזוג של חומצה-בסיס המצומדים שבתמיסה, גבוה מריכוז החומצה או הבסיס שנוספו.

16.2:

בופרים

A solution containing appreciable amounts of a weak conjugate acid-base pair is called a buffer solution, or a buffer. Buffer solutions resist a change in pH when small amounts of a strong acid or a strong base are added. A solution of acetic acid and sodium acetate is an example of a buffer that consists of a weak acid and its salt: CH3COOH (aq) + CH3COONa (aq). An example of a buffer that consists of a weak base and its salt is a solution of ammonia and ammonium chloride: NH3 (aq) + NH4Cl (aq).

How Buffers Work

To illustrate the function of a buffer solution, consider a mixture of roughly equal amounts of acetic acid and sodium acetate. The presence of a weak conjugate acid-base pair in the solution imparts the ability to neutralize modest amounts of added strong acid or base. For example, adding a strong base to this solution will neutralize hydronium ion and shift the acetic acid ionization equilibrium to the right, partially restoring the decreased H3O+ concentration:

Eq1

Likewise, adding a strong acid to this buffer solution will neutralize acetate ion, shifting the above ionization equilibrium right and returning [H3O+] to near its original value. Figure 1 provides a graphical illustration of the changes to the buffer solution when strong acid and base are added. The buffering action of the solution is essentially a result of the added strong acid and base being converted to the weak acid and base that make up the buffer's conjugate pair. The weaker acid and base undergo only slight ionization, as compared to the complete ionization of the strong acid and base. The solution pH, therefore, changes much less drastically than it would in an unbuffered solution.

Image1

Figure 1. Buffering action in a mixture of acetic acid and acetate salt.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.6: Buffers.