Χωρητικότητα προσωρινής αποθήκευσης
Το pH οποιουδήποτε υλικού είναι κρίσιμο στην επιστήμη της χημείας. Κάποιος πρέπει να αναγνωρίσει και να κατανοήσει τη φύση της χημικής ουσίας, του διαλύματος ή του υγρού. Αυτό περιλαμβάνει την κατανόηση των όξινων, βασικών ή ουδέτερων ιδιοτήτων οποιουδήποτε υλικού ή διαλύματος που βασίζεται στη χημεία. Αυτές οι ιδιότητες έχουν επίσης σημασία στην καθημερινή μας ζωή. Για παράδειγμα, πολύ όξινο περιεχόμενο σε τρόφιμα ή υγρά στο ανθρώπινο σώμα μπορεί να προκαλέσει τραυματισμό και να είναι θανατηφόρο. Αυτό το μάθημα θα καλύψει όλα τα βασικά στοιχεία που πρέπει να γνωρίζει ένα άτομο για να κατανοήσει την ιδέα της χωρητικότητας προσωρινής αποθήκευσης.
Τι είναι το buffer;
Ένα ρυθμιστικό είναι ένα διάλυμα που μπορεί να αντέξει τις αλλαγές του pH όταν προστίθενται σε αυτό όξινα ή βασικά συστατικά. Μπορεί να εξουδετερώσει μικρές ποσότητες προστιθέμενου οξέος ή βάσης, επιτρέποντας στο pH του διαλύματος να παραμείνει σχετικά σταθερό απορροφώντας μερικώς και προσθέτοντας τα ιόντα ΟΗ- ή Η+ στο σύστημα.
Υπάρχουν δύο τύποι buffer, δηλαδή:
- Όξινο ρυθμιστικό διάλυμα:Αυτά περιλαμβάνουν ένα μείγμα ασθενούς οξέος και το άλας του που αποτελείται από μια ισχυρή βάση.
- Βασικά ρυθμιστικά διαλύματα:Αυτά περιλαμβάνουν ένα μείγμα ασθενούς βάσης και άλατος που σχηματίζεται από ένα ισχυρό οξύ.
Τα ρυθμιστικά διαλύματα δεν δέχονται καμία αλλαγή στο pH ενός δεδομένου διαλύματος με την προσθήκη μικρής ποσότητας ιόντων ΟΗ ή Η+.
Πρέπει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος δείχνει μια αλλαγή στην προσθήκη ιόντων ΟΗ- ή Η+, αλλά αυτή η αλλαγή είναι σημαντικά μικρότερη από τη μεταβολή που θα συνέβαινε απουσία ρυθμιστικού διαλύματος.
Παραδείγματα buffer
Το ακόλουθο παράδειγμα είναι για CH3COOH ή CH3COO- :
Όταν το H+ προστεθεί στο buffer
CH3COO- + H+ → CH3COOH
Σχετικά με την προσθήκη OH- στο ρυθμιστικό διάλυμα
CH3COOH + OH- → CH3COO- + H2O
Η κύρια λειτουργία του ρυθμιστικού διαλύματος είναι να απορροφά την επίδραση του Η+ ή του ΟΗ-.
Παραδείγματα ρυθμιστικών διαλυμάτων και το pKa τους (η όξινη ισχύς τους):
| Buffers | pKa (η όξινη ισχύς τους) |
| Βορικό | 9.23 |
| Tricine | 8.26 |
| Φωσφορικό Οξύ | 2.15 |
| Μυρμηκικό οξύ | 3,75 |
| Οξικό οξύ | 4.76 |
| Τριαιθανολαμίνη | 7,76 |
Εισαγωγή στη χωρητικότητα προσωρινής αποθήκευσης
Η ικανότητα ή η ικανότητα αντίστασης στις αλλαγές στο pH αναφέρεται ως η ρυθμιστική ικανότητα ενός ρυθμιστικού στη χημεία. Τα συνολικά mole του Η+ θα πρέπει να προστεθούν σε 1 λίτρο του δεδομένου ρυθμιστικού διαλύματος για να μειωθεί το pH ενός εκχωρημένου ρυθμιστικού διαλύματος κατά μία μονάδα. Ο αριθμός των συνολικών γραμμομορίων ΟΗ θα πρέπει να προστεθεί σε 1 λίτρο του δεδομένου ρυθμιστικού διαλύματος για να αυξηθεί το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος κατά μία μονάδα.
Η χωρητικότητα του ρυθμιστικού διαλύματος είναι η ποσότητα οξέος ή βάσης που μπορεί να εξουδετερώσει ένα ρυθμιστικό πριν το pH αλλάξει σημαντικά. Μια μεγαλύτερη χωρητικότητα ρυθμιστικού διαλύματος υποδεικνύει ότι περισσότερο οξύ ή βάση εξουδετερώνεται πριν αλλάξει δραστικά το pH.
Η αυξημένη ρυθμιστική ικανότητα σε σταθερό επίπεδο οξύτητας εντός εύρους pH από 6,0 έως 9,0 μπορεί να επιβραδύνει τον ρυθμό διάβρωσης σε χάλυβες, εξαιρετικά ήπιους χάλυβες. Ωστόσο, η αύξηση της χωρητικότητας του ρυθμιστικού διαλύματος σε διαφορετικά επίπεδα pH λόγω της αυξημένης αλκαλικότητας δεν οδηγεί σε χαμηλότερους ρυθμούς διάβρωσης, όπως συμβαίνει με την υψηλότερη αγωγιμότητα και την ιοντική ισχύ.
Η κύρια λειτουργία των ρυθμιστικών διαλυμάτων είναι να διατηρούν το pH ενός δεδομένου διαλύματος εντός περιορισμένου εύρους. Όσο υψηλότερες είναι οι ποσότητες των μορίων ΟΗ- και Η+ που υπάρχουν στο ρυθμιστικό σύστημα, τόσο λιγότερη επιρροή έχει μια ισχυρή βάση ή οξύ στο σύστημα pH.
Ενώ το ΟΗ – καθορίζει το ρυθμιστικό διάλυμα pH και την αναλογία Η+, η ικανότητα ενός ρυθμιστικού διαλύματος να δέχεται ισχυρή βάση ή οξύ χαρακτηρίζεται από μεμονωμένες συγκεντρώσεις.
Η χωρητικότητα του ρυθμιστικού διαλύματος καθορίζεται γενικά από τις συγκεντρώσεις των συστατικών στο ρυθμισμένο διάλυμα. Το ρυθμιστικό διάλυμα θα έχει μεγαλύτερη χωρητικότητα εάν είναι πολύ συμπυκνωμένο. Συνήθως προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται τιτλοδότηση.
Η χωρητικότητα buffer συμβολίζεται με «β».
Τύπος
Ο τύπος που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της χωρητικότητας ρυθμιστικού διαλύματος ενός ρυθμιστικού διαλύματος ή διαλύματος στη χημεία είναι ο ακόλουθος:
β =∆A ή ∆B∆pH
Στον δεδομένο τύπο:
Το β =είναι το σύμβολο για τη χωρητικότητα προσωρινής αποθήκευσης
Το ∆A ή ∆B =αντιπροσωπεύει το ποσό της µικρής αύξησης του αριθµού των γραµµοµορίων OH- ή H3O+ που προστίθενται.
Το ∆pH =αντιπροσωπεύει την αλλαγή στο pH του ρυθμιστικού διαλύματος.
Σύμφωνα με το ρυθμιστικό που αναφέρεται παραπάνω στην εξίσωση χωρητικότητας, τα χημικά διαλύματα έχουν ρυθμιστική ικανότητα 1 όταν ένα λίτρο από αυτό χρειάζεται 1 γραμμάριο ίσο με ένα ισχυρό οξύ ή βασικό για να τροποποιήσει το pH κατά μία μονάδα.
Ως αποτέλεσμα, όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του ρυθμιστικού διαλύματος, τόσο λιγότερο το pH μετατοπίζεται σε ένα διάλυμα λόγω της προσθήκης οξέος ή βάσης και αντίστροφα.
Συμπέρασμα
Τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι εκείνα που μπορούν να αντισταθούν στην αλλαγή του pH όταν κάποιος προσθέτει οξύ ή βάση σε αυτό. Αυτά τα διαλύματα έχουν σημαντική σημασία στη χημεία οξέος-βάσης. Όσον αφορά τους τύπους ρυθμιστικού διαλύματος, είναι δύο τύπων. Το ένα είναι το όξινο ρυθμιστικό διάλυμα και το άλλο είναι το αλκαλικό ρυθμιστικό διάλυμα. Η έκφραση της εξίσωσης Henderson – Hasselbalch είναι pH =pK2 + log ([A-]/[HA]). Η χωρητικότητα ρυθμιστικού διαλύματος ή ο δείκτης ρυθμιστικού διαλύματος είναι επίσης ένα σημαντικό μέρος της μελέτης ρυθμιστικών διαλυμάτων. Μια μεγαλύτερη χωρητικότητα ρυθμιστικού διαλύματος υποδηλώνει ότι περισσότερο οξύ ή βάση εξουδετερώνεται πριν αλλάξει δραστικά το pH. Υπάρχουν αρκετές εφαρμογές των buffers στον σύγχρονο κόσμο.
