Persamaan Henderson-Hasselbach - ekspresi matematis yang mencirikan kemampuan sistem buffer. Persamaan tersebut menunjukkan bagaimana keseimbangan asam-basa larutan buffer bergantung pada sifat-sifat komponen sistem buffer asam-basa dan pada rasio kuantitatif komponen-komponen ini dalam larutan. Indikator keseimbangan asam-basa dalam larutan adalah pH, pH. Sifat asam (kemampuannya untuk terurai menjadi ion), sebagai komponen sistem buffer, dicirikan oleh nilai konstanta kesetimbangan, konstanta disosiasi asam, Ka. pK= – lgK D
Struktur kuantitatif (komposisi) sistem buffer dapat diperkirakan sebagai rasio garam/asam. Mengingat hal di atas, persamaan Henderson-Hasselbach terlihat seperti ini:
pH = pKa + log
Nilai pH dan pOH dipengaruhi oleh konstanta disosiasi dan rasio konsentrasi komponen.
18. Tangki penyangga. Daerah penyangga.
Selang pH=pKa±1 ditelepon daerah penyangga .
Kapasitas penyangga (V) dinyatakan sebagai jumlah mol ekivalen asam kuat atau basa kuat yang harus ditambahkan ke satu liter buffer untuk menggeser pH sebesar satu.
B - kapasitas penyangga,
nE adalah mol yang setara dengan asam kuat atau alkali,
adalah perubahan pH.
Dalam prakteknya, kapasitas buffer dihitung dengan rumus:
V adalah volume asam atau basa,
N adalah konsentrasi ekivalen asam atau basa,
V buffer - volume larutan buffer,
pH adalah perubahan pH.
Kapasitas buffer tergantung pada konsentrasi elektrolit dan rasio penyangga.
19. Penentuan kuantitatif kapasitas buffer.
Banyaknya asam atau basa yang harus ditambahkan pada 1 liter larutan penyangga agar nilai pH-nya berubah satu disebut... kapasitas penyangga
Semakin tinggi konsentrasi awal campuran buffer, semakin tinggi kapasitas buffernya
20. Sistem penyangga darah: bikarbonat, fosfat, hemoglobin dan protein
penyangga hemoglobin Itu membuat 35% dari kapasitas buffer.
Sistem buffer utama eritrosit, yang menyumbang sekitar 75% dari total kapasitas buffer darah. Sistem buffer hemoglobin darah memainkan peran penting dalam: respirasi, transportasi oksigen ke jaringan dan dalam mempertahankan pH darah yang konstan.
Ini diwakili oleh dua asam lemah - hemoglobin dan oksihemoglobin dan basa konjugasinya - ion hemoglobin dan oksihemoglobinat, masing-masing:
HHb H + + Hb -
HHbO 2 H + HbO 2 -
Buffer fosfat
Hal ini ditemukan baik dalam darah dan dalam cairan sel jaringan lain, terutama ginjal. Dalam sel, itu diwakili oleh garam
K 2 NRO 4 dan KN 2 RO 4, dan dalam plasma darah dan cairan antar sel
Na2HPO4 dan NaH2PO4.
Berfungsi terutama dalam plasma dan meliputi: ion dihidrofosfat dan ion hidrogen fosfat
H 2 RO 4 - dan NRO 4 2-
Sistem ini memainkan peran penting dalam lingkungan biologis dalam sel, dalam cairan kelenjar pencernaan, dalam urin.
penyangga bikarbonat . Itu membuat 53% dari kapasitas buffer.
Disajikan:
H2CO3 dan NaHCO3
Penyangga bikarbonat adalah sistem penyangga utama dalam plasma darah; ini adalah sistem respon cepat, karena produk interaksinya dengan asam CO 2 dengan cepat dikeluarkan melalui paru-paru.
penyangga protein Ini adalah 5% dari kapasitas buffer.
Ini terdiri dari asam protein dan garamnya yang dibentuk oleh basa kuat.
Pt - COOH - asam protein
Pt - COONa - protein-garam
1. Ketika asam kuat terbentuk di dalam tubuh, mereka berinteraksi dengan garam protein.
HC1 + Pt-COONa Pt-COOH + NaCl.
2. Dengan peningkatan produk alkali, mereka berinteraksi dengan Pt-COOH:
NaOH + Pt-COOH Pt-COONa + H 2 O
Protein adalah elektrolit amfoter dan karena itu menunjukkan aksi bufferingnya sendiri.
Larutan penyangga adalah reagen kimia dengan konstantapH
Gelas laboratorium, peralatan laboratorium, instrumen, dan bahan kimia adalah empat komponen utama dari setiap laboratorium modern, terlepas dari spesialisasinya. Tergantung pada tujuannya, produk laboratorium - barang pecah belah, peralatan, instrumen terbuat dari berbagai bahan: plastik, porselen, kuarsa, borosilikat, gelas laboratorium, dll. Ini hanya masalah harga dan kualitas. Reagen kimia menempati tempat khusus dalam daftar peralatan laboratorium - tanpa mereka tidak mungkin untuk melakukan analisis, penelitian, percobaan yang paling sederhana sekalipun.
Dalam praktik kerja laboratorium, karyawan sering menjumpai larutan kimia yang memiliki atau seharusnya memiliki nilai pH tertentu. Untuk tujuan inilah larutan buffer khusus dibuat.
Apa solusi ini?
Larutan penyangga - reagen kimia dengan indikator stabil tertentu dari konsentrasi ion hidrogen; campuran asam pekat lemah dan garamnya. Larutan-larutan ini praktis tidak mengubah strukturnya bila dipekatkan, diencerkan dengan reagen kimia lain, atau bila alkali atau asam yang sangat pekat ditambahkan ke dalamnya dalam jumlah kecil. Untuk mendapatkan larutan buffer dengan pH yang berbeda, perlu dilakukan perubahan konsentrasi dan perbandingan larutan kimia yang digunakan.
Reagen kimia ini mampu mempertahankan pH tertentu ke tingkat tertentu, tergantung pada jumlah spesifik media agresif, alkali dan asam. Setiap campuran buffer memiliki kapasitas buffer tertentu - rasio setara jumlah unsur alkali dan asam.
Sayangnya, asam dan basa itu sendiri tidak dapat diklasifikasikan sebagai campuran buffer, karena ketika diencerkan dengan air, tingkat pH media agresif ini berubah.
Dalam praktik laboratorium, campuran buffer kalibrasi juga dapat diterapkan. Hal ini dirancang untuk menyesuaikan keakuratan indikator instrumen yang digunakan untuk menentukan tingkat asam dalam zat cair - aktivitas ion hidrogen di berbagai media.
Untuk pekerjaan baik di laboratorium maupun di praktik pribadi, disarankan untuk menggunakan campuran buffer berstabilitas tinggi yang disiapkan di laboratorium khusus menggunakan peralatan gelas laboratorium pada peralatan dan instrumen laboratorium khusus. Pembuatan sendiri reagen kimia ini dapat diperoleh dengan kesalahan yang besar.
Apa itu larutan penyangga?
Komposisi reagen kimia ini termasuk air - pelarut dan setara 
ion terlarut atau molekul zat yang membentuk sistem penyangga asam-basa atau basa-asam. Sistem buffer adalah interaksi asam pekat lemah dengan salah satu garamnya.
Reagen kimia tersebut, bersama dengan peralatan dan instrumen laboratorium modern, banyak digunakan dalam penelitian kimia analitik, biologi dan mikrobiologi, genetika, kedokteran, farmasi, pusat penelitian dan bidang ilmiah lainnya.
Pentingnya larutan penyangga bagi manusia
Campuran buffer alami juga sangat penting untuk fungsi normal tubuh, karena mempertahankan tingkat pH konstan dalam cairan biologis jaringan, organ, getah bening dan darah.
Kondisi penyimpanan
Simpan reagen kimia ini dalam wadah yang tertutup rapat (botol kaca atau plastik).
Tempat membeli peralatan laboratorium berkualitas tinggi dengan harga terjangkau?
Adalah menguntungkan untuk membeli bahan kimia, instrumen, peralatan, gelas laboratorium di Moskow di toko khusus modern reagen kimia Moskow secara eceran dan grosir "Prime Chemicals Group". Di sini Anda akan menemukan berbagai macam produk berkualitas tinggi dari merek terkenal dengan harga terjangkau. Kami juga melayani pengiriman dalam kota dan wilayah.
"Prime Chemicals Group" - peralatan laboratorium mulai dari sarung tangan pemeriksaan hingga timbangan laboratorium elektronik dengan tanda mutu.
Larutan buffer digunakan untuk mempertahankan nilai pH yang konstan. Ini terdiri dari campuran asam lemah HA dan basa konjugasi A - . Kesetimbangan hidup berdampingan dalam larutan buffer:
ON + H 2 O H 3 O + + A -
A - + H 2 O HA + OH -
menekan satu sama lain pada C(HA) dan C(A -); oleh karena itu, kita dapat mengasumsikan bahwa [HA] \u003d C (HA) dan [A - ] \u003d C (A -). Menggunakan ekspresi untuk K ON dan mengabaikan kontribusi [H 3 O + ] karena disosiasi air, kita peroleh
Ekspresi yang sama dapat diperoleh dengan menggunakan konstanta kesetimbangan kedua.
CONTOH 16. Hitung pH larutan penyangga yang terdiri dari 0,10 M asam asetat dan 0,10 M natrium asetat.
Keputusan. Di sini, semua kondisi terpenuhi yang memungkinkan formula (2-14) untuk diterapkan (asam asetat adalah asam lemah, konsentrasi asam dan basa konjugasi cukup tinggi). Jadi
CONTOH 17. Hitung pH larutan penyangga yang terdiri dari 0,10 M amonia dan 0,20 M amonium klorida.
Keputusan. Menurut rumus (2-14) kita menemukan
Karakteristik penting dari larutan buffer adalah kapasitas buffernya. Menambahkan basa kuat (asam) ke larutan buffer, pH-nya dapat berubah dengan perubahan konsentrasi asam HA dan basa konjugasi A - . Oleh karena itu, kapasitas buffer biasanya direpresentasikan sebagai:
jika basa kuat ditambahkan ke larutan buffer, dan
jika asam kuat ditambahkan ke larutan buffer. Mari kita tulis persamaan neraca bahan untuk campuran asam monobasa HA dan basa konjugasi A - :
Mari kita nyatakan [ON] dalam hal K ON dan substitusikan ke dalam persamaan keseimbangan material. Mari kita cari [A -]:
(2-17)
Persamaan diferensial (2-17) sehubungan dengan dpH, dengan mempertimbangkan bahwa dc main = , kita peroleh
(2-18)
Sangat mudah untuk melihat bahwa pada pH = pKa HA, mis. – C(HA) = C(A -), kapasitas buffer maksimum tercapai. Dapat ditunjukkan bahwa
(2-19)
Rumus (2-18) dan (2-19) mengikuti satu dari yang lain, jika kita ingat bahwa [ON] = sebuah(HA)C(HA) dan [A - ] = sebuah(A -) C (A -), serta ekspresi untuk sebuah(ON) dan sebuah(TETAPI -).
Untuk larutan buffer yang sangat encer, kontribusi disosiasi air harus diperhitungkan. Dalam hal ini, persamaan (2-19) menjadi lebih rumit:
Di sini, dua istilah pertama menggambarkan aksi buffering air, yang ketiga menggambarkan aksi buffering asam dan basa konjugasi.
CONTOH 18. Hitung bagaimana pH akan berubah jika 1,0·10 -3 mol asam klorida ditambahkan ke 1,0 l larutan buffer yang terdiri dari 0,010 M asam asetat dan 0,010 M natrium asetat.
Keputusan. Kami menghitung pH larutan buffer sebelum menambahkan asam klorida:
Konsentrasi total larutan buffer adalah
Untuk larutan buffer yang cukup pekat, kapasitas buffer harus dihitung dengan menggunakan rumus (2-18):
Perhitungan tetapi rumus (2-19) memberikan hasil yang sama:
Hitung perubahan pH
Jadi, setelah menambahkan asam klorida, pH larutan buffer akan menjadi
pH = 4,75 - 0,087 = 4,66
Masalah ini dapat diselesaikan tanpa menggunakan perhitungan kapasitas buffer, tetapi dengan mencari jumlah komponen campuran buffer sebelum dan sesudah penambahan HC1. Dalam solusi asli
CONTOH 19. Turunkan ekspresi untuk kapasitas buffer maksimum suatu larutan dengan konsentrasi total komponen c.
Keputusan. Mari kita cari kondisi di mana kapasitas buffer maksimum. Untuk melakukan ini, kami membedakan ekspresi (2-18) dengan pH dan menyamakan turunannya dengan nol
Oleh karena itu [H + ] = K a HA dan, akibatnya, C (HA) = C (A -).
Dengan menggunakan rumus (2-19) dan (2-21), kita peroleh bahwa
Perhitungan pH campuran asam atau basa. Biarkan larutan mengandung dua asam HA 1 dan HA 2. Jika satu asam jauh lebih kuat dari yang lain, maka hampir selalu keberadaan asam yang lebih lemah dapat diabaikan, karena disosiasinya ditekan. Jika tidak, disosiasi kedua asam harus diperhitungkan.
Jika HA 1 dan HA 2 bukan asam yang terlalu lemah, maka dengan mengabaikan autoprotolisis air, persamaan keelektronetralan dapat ditulis sebagai:
[H 3 O +] \u003d [A 1 -] +
Mari kita cari konsentrasi kesetimbangan A 1 - dan A 2 1 dari ekspresi untuk konstanta disosiasi HA 1 dan HA 2:
Mari kita substitusikan ekspresi yang diperoleh ke dalam persamaan elektronetralitas
Setelah transformasi kita mendapatkan
Jika derajat disosiasi asam tidak melebihi 5%, maka
Untuk campuran P asam
Demikian pula untuk campuran basa monobasa
(2-21)
di mana K a 1 dan K a 2 - konstanta disosiasi asam terkonjugasi. Dalam praktiknya, lebih sering, mungkin, ada situasi ketika satu (satu) asam (basa) yang ada dalam campuran menekan disosiasi yang lain, dan oleh karena itu, untuk menghitung pH, seseorang dapat memperhitungkan disosiasi hanya ini asam (basa ini), dan mengabaikan disosiasi sisanya. Tetapi mungkin ada situasi lain.
CONTOH 20. Hitung pH campuran yang konsentrasi total asam benzoat dan asam aminobenzoat berturut-turut adalah 0,200 dan 0,020 M.
Keputusan. Meskipun konstanta disosiasi benzoat (K a= 1,62 10 -6 , menunjukkan K 1) dan aminobenzoat (K a = 1.10 10 -5 , menunjukkan K2) asam berbeda hampir dua kali lipat; karena perbedaan yang agak besar dalam konsentrasi asam, perlu untuk memperhitungkan disosiasi kedua asam. Oleh karena itu, menurut rumus (2-20) kita menemukan
Larutan penyangga atau hanya penyangga adalah larutan yang pH-nya tidak berubah secara signifikan ketika sejumlah kecil asam atau basa ditambahkan.
Larutan penyangga dapat diklasifikasikan menjadi empat jenis.
Larutan penyangga yang mengandung asam kuat
Setiap asam kuat seperti asam nitrat dapat digunakan sebagai buffer pH rendah. Asam kuat terdisosiasi sepenuhnya dalam larutan berair, dan oleh karena itu larutannya dicirikan oleh konsentrasi ion hidronium yang tinggi. Penambahan sejumlah kecil asam atau basa ke asam kuat karena itu hanya memiliki efek kecil pada pH larutan asam kuat.
Misalnya, jika 1 cm3 asam klorida dengan konsentrasi 0,1 mol/dm3 ditambahkan ke 100 cm3 larutan asam nitrat dengan konsentrasi 0,01 mol/dm3, maka akan berkurang dari 2,00 menjadi 1,96. Perubahan pH 0,04 dapat dianggap diabaikan. Untuk memeriksa nilai pH larutan di atas sebelum dan sesudah penambahan asam klorida, gunakan persamaan
Sekarang mari kita bandingkan penurunan pH yang dapat diabaikan yang ditunjukkan dengan hasil penambahan larutan dengan konsentrasi 0,1 mol/dm3 ke 100 cm3 air murni. Dalam hal ini, pH turun tajam dari 7,00 menjadi 4,00. Jelas, air murni tidak bertindak sebagai larutan penyangga karena tidak menjaga pH pada tingkat yang kira-kira sama. Konsentrasi larutan buffer sesuai dengan bagian datar dari kurva titrasi yang ditunjukkan pada Gambar. 8.2. Bagian kurva titrasi ini disebut daerah penyangga. Di daerah penyangga, nilai pH tidak sensitif terhadap perubahan kecil dalam konsentrasi asam atau basa.
Larutan penyangga yang mengandung basa kuat
Basa kuat apa pun dapat digunakan sebagai penyangga dengan nilai tinggi. Penambahan sedikit asam atau basa ke penyangga semacam itu memiliki efek yang dapat diabaikan. Misalnya, ketika menambahkan larutan asam klorida dengan konsentrasi larutan dengan konsentrasi, terjadi perubahan dari pukul 12.00 menjadi 11,96. Perubahan dalam hal ini hanya 0,04. Hasil ini dapat diverifikasi menggunakan persamaan (6) dan relasi
Larutan penyangga yang mengandung asam lemah
Larutan penyangga dengan nilai stabil berkisar dari 4 hingga 7 dapat diperoleh dengan menggunakan asam lemah dan salah satu garamnya. Untuk tujuan ini, campuran asam asetat dan natrium asetat sering digunakan. Natrium asetat dalam larutan berair sepenuhnya terionisasi
Sebaliknya, asam asetat hanya terionisasi sebagian.
Ketika asam ditambahkan, keseimbangan ini bergeser ke kiri, kandungan ion yang ditambahkan berkurang dan nilai aslinya dikembalikan.Kehadiran natrium asetat dalam larutan buffer menyediakan pasokan ion yang besar yang dapat mengimbangi efek penambahan porsi AC id.
Ketika basa ditambahkan, itu dinetralkan oleh ion hidronium
Penghapusan ion sebagai akibat dari reaksi ini menyebabkan kesetimbangan (7) bergeser ke kanan. Konsentrasi ion dan oleh karena itu nilai larutan tetap konstan. Kehadiran asam asetat dalam larutan buffer menyediakan pasokan besar molekul yang tidak terdisosiasi yang mampu berdisosiasi dan dengan demikian, jika perlu, mengkompensasi penambahan bagian basa.
Aksi larutan buffer dapat dianggap secara kuantitatif berdasarkan hukum aksi massa. Seperti yang ditunjukkan pada bagian sebelumnya, menerapkan hukum ini pada kesetimbangan disosiasi asam asetat menghasilkan ekspresi berikut untuk konstanta disosiasi asam asetat:
Mengambil logaritma dari ekspresi ini mengarah ke hasil berikut:
di mana adalah konsentrasi total partikel yang sesuai dalam larutan buffer. Konstanta disosiasi asam asetat sama dengan tabel. 8.1). Ini berarti bahwa keseimbangan disosiasi asam asetat dijelaskan oleh
persamaan (7), secara signifikan bergeser ke kiri. Untuk alasan ini, kontribusi relatif asam asetat terhadap jumlah total ion dalam larutan buffer adalah kecil. Nilai pada persamaan (8) hampir seluruhnya disebabkan oleh kontribusi garam, yaitu natrium asetat, yang benar-benar terdisosiasi menjadi ion. Oleh karena itu,
Karena asam asetat sedikit terdisosiasi dalam larutan buffer, konsentrasi asam dalam campuran kesetimbangan (7) kira-kira bertepatan dengan konsentrasi awalnya dalam larutan buffer. Ini memungkinkan Anda untuk menulis
Substitusikan hasil yang diperoleh ke persamaan (8), kita peroleh
Hubungan yang dihasilkan disebut persamaan Henderson untuk larutan buffer yang terdiri dari asam lemah dan garamnya. Dapat digunakan untuk berbagai perhitungan, yaitu untuk menghitung: larutan buffer;
jumlah asam atau garam yang diperlukan untuk mendapatkan larutan buffer dengan nilai yang diinginkan
perubahan dalam larutan buffer ketika sebagian kecil asam atau basa ditambahkan ke dalamnya.
a) Berapa banyak natrium asetat yang harus dilarutkan dalam asam asetat, memiliki konsentrasi untuk mendapatkan larutan buffer dengan:
b) Bagaimana larutan penyangga ini akan berubah jika larutan yang memiliki konsentrasi
a) Dari persamaan (9) mudah dicari
Dengan kondisi dan
Menurut Tabel. 8.1.
Mengganti semua nilai ini ke dalam persamaan yang dihasilkan memberikan
Karena itu,
Artinya untuk mendapatkan larutan buffer dengan satu mol natrium asetat harus dilarutkan dalam asam asetat.
Massa molar relatif natrium asetat:
Jadi, massa satu mol natrium asetat adalah
Jadi, untuk mendapatkan larutan buffer dengan 1,46 g natrium asetat harus dilarutkan dalam asam asetat.
b) 1 cm3 larutan yang memiliki konsentrasi mengandung:
0,001 mol Bereaksi dengan pembentukan Oleh karena itu, konsentrasi akan berkurang dan konsentrasi akan meningkat 0,001 mol/dm3 (sedikit peningkatan volume dapat diabaikan). Dengan demikian,
Jadi, ketika alkali ditambahkan ke larutan buffer, perubahan 0,07 yang dapat diabaikan harus terjadi.
Ketika mempertimbangkan larutan penyangga yang mengandung asam lemah, satu kasus khusus muncul. Persamaan Henderson menunjukkan bahwa ketika konsentrasi garam sama persis dengan konsentrasi asam, larutan buffer sama dengan asam itu, yaitu.
Misalnya, jika 100 cm3 larutan 0,1 mol/dm3 ditambahkan ke 100 cm3 larutan 0,1 mol/dm3, buffer yang dihasilkan harus memiliki pH 4,75 pada 25 °C.
Larutan penyangga yang mengandung basa lemah
Larutan penyangga dengan nilai stabil berkisar antara 7 sampai 10 dapat diperoleh dengan mencampurkan basa lemah dengan salah satu garamnya. Larutan penyangga khas jenis ini adalah larutan amonia dan amonium klorida. Dalam larutan berair, amonium klorida benar-benar terdisosiasi
Amonia hanya terdisosiasi sebagian dalam air
Ketika asam ditambahkan ke larutan buffer ini, ia dinetralkan oleh ion, akibatnya kesetimbangan (10) bergeser ke kanan. Pergeseran ini mempertahankan konsentrasi ion konstan dan karenanya konstan
Ketika basa ditambahkan, kesetimbangan (10) bergeser ke kiri, dan konsentrasi ion OH- dipertahankan konstan. Kehadiran amonium klorida dalam larutan penyangga memberikan pasokan ion yang besar di dalamnya, yang memungkinkan untuk mengimbangi efek bagian basa yang ditambahkan.
Persamaan Henderson untuk larutan penyangga yang mengandung basa lemah dan salah satu garamnya adalah
Aplikasi Penyangga
Solusi buffer memainkan peran penting dalam banyak proses teknologi. Mereka digunakan, misalnya, dalam aplikasi elektrokimia lapisan pelindung, dalam produksi pewarna, bahan fotografi dan kulit. Selain itu, larutan buffer banyak digunakan dalam analisis kimia dan untuk kalibrasi pH meter (lihat Bab 10).
Banyak sistem biologis dan lainnya bergantung pada larutan buffer yang dikandungnya untuk mempertahankan pH konstan. Nilai pH normal untuk beberapa sistem ini tercantum dalam Tabel. 8.6. Misalnya, pH darah dalam tubuh manusia dipertahankan dalam kisaran 7,35 hingga 7,45, meskipun kandungan karbon dioksida dan, oleh karena itu, asam karbonat dalam darah dapat sangat bervariasi. Buffer yang terkandung dalam darah adalah campuran fosfat, bikarbonat dan protein. Buffer protein mempertahankan pH air mata pada 7,4. Dalam studi bakteriologis, untuk menjaga pH konstan media kultur yang digunakan untuk menumbuhkan bakteri, juga perlu menggunakan larutan buffer.
Tabel 8.6, nilai pH untuk beberapa sistem biologis dan larutan lainnya
PENGANTAR
LARUTAN BUFFER (campuran buffer, buffer) - solusi yang mengandung sistem buffer dan, sebagai hasilnya, memiliki kemampuan untuk mempertahankan pH pada tingkat yang konstan. Mereka biasanya dibuat dengan melarutkan asam lemah dan garam logam alkalinya yang diambil dalam proporsi yang sesuai dalam air, menetralkan sebagian asam lemah dengan alkali kuat atau basa lemah dengan asam kuat, dan melarutkan campuran garam dari asam polibasa. Nilai pH larutan buffer yang disiapkan dengan cara ini sedikit berbeda dengan suhu. Kisaran nilai pH di mana larutan penyangga memiliki sifat penyangga yang stabil terletak pada pKa ± 1 (pK adalah logaritma desimal negatif dari konstanta disosiasi asam lemah yang termasuk dalam komposisinya). Larutan buffer yang paling terkenal adalah: Serensen's glycine, Walpole's acetate, Serensen's phosphate, Palic's borate, Michaelis's veronal, Kolthoff's carbonate, Tris buffer, universal Michaelis's veronal, dll.
Dalam praktik laboratorium, larutan buffer digunakan untuk mempertahankan reaksi aktif medium pada tingkat konstan tertentu dan untuk menentukan pH (pH) - sebagai larutan standar dengan nilai pH yang stabil, dll.
CAMPURAN BUFFER
Jika air ditambahkan ke dalam larutan asam atau basa apa pun, maka, tentu saja, konsentrasi ion hidrogen atau hidroksil akan berkurang. Tetapi jika Anda menambahkan sejumlah air ke dalam campuran asam asetat dan natrium asetat atau campuran amonium hidroksida dan amonium klorida, maka konsentrasi ion hidrogen dan hidroksil dalam larutan ini tidak akan berubah.
Sifat beberapa larutan untuk menjaga konsentrasi ion hidrogen tidak berubah ketika diencerkan, serta ketika menambahkan sejumlah kecil asam kuat atau alkali, dikenal sebagai aksi buffering.
Larutan yang secara bersamaan mengandung beberapa asam lemah dan garamnya atau beberapa basa lemah dan garamnya dan memiliki efek penyangga disebut larutan penyangga. Larutan penyangga dapat dianggap sebagai campuran elektrolit yang memiliki ion dengan nama yang sama. Kehadiran asam lemah atau basa lemah dan garamnya dalam larutan mengurangi efek pengenceran atau aksi asam dan basa lain pada pH larutan.
Larutan penyangga tersebut adalah campuran berikut dari CH 3 COOH + CH 3 C OON a, NH 4 OH + NH 4 Cl, Na 2 CO 3 + NaHCO 3, dll.
Larutan penyangga, yang merupakan campuran asam lemah dan garamnya, biasanya memiliki reaksi asam (pH<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН 3 COOP + 0.1M CH solusi 3 CO ONa memiliki pH = 4,7.
Larutan penyangga, yang merupakan campuran basa lemah dan garamnya, biasanya memiliki reaksi basa (pH> 7). Misalnya, campuran buffer larutan 0,1M N H 4 OH + 0,1M larutan N H 4 C1 memiliki pH = 9,3.
Larutan penyangga asam-basa
Dalam arti luas, sistem penyangga disebut sistem yang mempertahankan nilai tertentu dari suatu parameter ketika komposisi berubah. Solusi penyangga dapat berupa
- asam-basa - mempertahankan nilai pH konstan dengan menambahkan sejumlah kecil asam atau basa.
Redoks - menjaga agar potensial sistem tetap konstan ketika zat pengoksidasi atau pereduksi diperkenalkan.
larutan penyangga logam dikenal yang mempertahankan pH konstan.
Dalam semua kasus, larutan buffer adalah pasangan terkonjugasi. Secara khusus, larutan buffer asam-basa mengandung pasangan asam-basa terkonjugasi. Efek buffer dari larutan ini adalah karena adanya keseimbangan asam-basa dari tipe umum:
AKTIF H + + A -
konjugat asam
Basis
B + H + HH +
HAI konjugasi melengkung
AC id
Karena hanya larutan penyangga asam-basa yang dibahas dalam bagian ini, kami akan menyebutnya larutan penyangga, dengan menghilangkan "asam-basa" pada namanya.
Larutan penyangga adalah larutan yang mempertahankan pH konstan ketika diencerkan dan sedikit asam atau basa ditambahkan.
Klasifikasi sistem buffer
1. campuran larutan asam lemah dan garamnya. Misalnya larutan buffer asetat.
2. campuran larutan basa lemah dan garamnya. Misalnya larutan buffer amonium.
3. campuran larutan garam asam polibasa dengan berbagai derajat substitusi. Misalnya larutan buffer fosfat.
4. ion dan molekul amfolit. Ini termasuk, misalnya, asam amino dan sistem penyangga protein. Berada dalam keadaan isoelektrik, asam amino dan protein tidak buffer. Efek buffering hanya muncul ketika sejumlah asam atau alkali ditambahkan ke dalamnya. Dalam hal ini, campuran dua bentuk protein terbentuk: a) "asam protein" lemah + garam dari asam lemah ini; b) "basa protein" lemah + garam dari basa lemah ini. Jadi, tipe sistem buffer ini dapat dikaitkan dengan sistem buffer tipe pertama atau kedua.
Perhitungan pH Larutan Penyangga
Perhitungan pH sistem buffer didasarkan pada hukum aksi massa untuk keseimbangan asam-basa. Untuk sistem buffer yang terdiri dari asam lemah dan garamnya, seperti asetat, konsentrasi ion H+ mudah untuk menghitung dari konstanta kesetimbangan asam asetat:
CH 3 COOH CH 3 COO - + H +
(1).
Dari (1) maka konsentrasi ion hidrogen sama dengan
(2)
Dengan adanya CH3 Keseimbangan asam-basa COONa dari asam asetat digeser ke kiri. Oleh karena itu, konsentrasi asam asetat yang tidak terdisosiasi praktis sama dengan konsentrasi asam, yaitu. [CH 3 COOH] = dengan asam.
Sumber utama ion asetat adalah elektrolit kuat CH3COONa :
CH 3 COONa → Na + + CH 3 COO -,
Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa [ CH 3 COO -] = dari garam . Dengan mempertimbangkan asumsi yang dibuat, persamaan (2) berbentuk:
Dari sini, persamaan Henderson-Hasselbach diperoleh untuk sistem buffer yang terdiri dari asam lemah dan garamnya:
(3)
Untuk sistem penyangga yang terdiri dari basa lemah dan garamnya, seperti amonia, konsentrasi ion hidrogen dalam larutan dapat dihitung dari konstanta disosiasi basa lemah.
NH 3 × H 2 O \u003d NH 4 OH NH 4 + + OH -
(4)
Kami menyatakan konsentrasi ion oh- dari produk ionik air
(5)
dan substitusikan ke (4).
(6)
Dari (6) maka konsentrasi ion hidrogen sama dengan
(7)
Dengan adanya NH 4 Cl keseimbangan asam basa bergeser ke kiri. Oleh karena itu, konsentrasi amonia yang tidak terdisosiasi praktis sama dengan konsentrasi amonia, yaitu. [ NH 4 OH] = dengan basa.
Sumber utama kation amonium adalah elektrolit kuat NH4Cl:
NH 4 Cl → NH 4 + + Cl -,
Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa [ NH 4 +] = dari garam . Dengan mempertimbangkan asumsi yang dibuat, persamaan (7) berbentuk:
(8)
Dari sini diperoleh persamaan Henderson-Hasselbach untuk sistem buffer yang terdiri dari basa lemah dan garamnya:
(9)
Demikian pula, Anda dapat menghitung pH sistem buffer yang terdiri dari campuran larutan garam asam polibasa dengan berbagai tingkat substitusi, misalnya, fosfat, yang terdiri dari campuran larutan hidrofosfat ( Na2HPO4 ) dan dihidrofosfat ( NaH2PO4 ) natrium. Tindakannya didasarkan pada keseimbangan asam-basa:
H 2 PO 4 - H + + HPO 4 2-
Basa konjugasi asam lemah
(10)
Diekspresikan dari (10) konsentrasi ion hidrogen dan membuat asumsi berikut:
[ H 2 PO 4 - ] = c (H 2 PO 4 - ); [ HPO 4 2- ] = c (HPO 4 2- ), kita peroleh:
(11).
Mengambil logaritma dari ekspresi ini dan membalikkan tanda-tandanya, kami memperoleh persamaan Henderson-Hasselbach untuk menghitung pH sistem buffer fosfat
(12),
Dimana pK b (H 2 PO 4 - ) adalah logaritma desimal negatif dari konstanta disosiasi
asam fosfat pada tahap kedua; dengan ( H 2 PO 4 - ) dan dengan (HPO 4 2- ), masing-masing, konsentrasi asam dan garam.
Sifat larutan penyangga
Nilai pH larutan buffer tetap tidak berubah ketika diencerkan, sebagai berikut dari persamaan Henderson-Hasselbach. Ketika larutan buffer diencerkan dengan air, konsentrasi kedua komponen campuran berkurang dengan jumlah yang sama. Oleh karena itu, nilai pH tidak boleh berubah. Namun, pengalaman menunjukkan bahwa beberapa perubahan pH, meskipun tidak signifikan, memang terjadi. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa persamaan Henderson-Hasselbach adalah perkiraan dan tidak memperhitungkan interaksi interionik. Perhitungan yang akurat harus memperhitungkan perubahan koefisien aktivitas asam dan basa terkonjugasi.
Larutan buffer mengubah pH sedikit ketika sejumlah kecil asam atau basa ditambahkan. Kemampuan larutan penyangga untuk mempertahankan pH konstan ketika sejumlah kecil asam kuat atau basa kuat ditambahkan ke dalamnya didasarkan pada fakta bahwa salah satu konstituen larutan penyangga dapat berinteraksi dengan H+ ditambahkan asam, dan yang lainnya dengan OH- basis tambahan. Akibatnya, sistem buffer dapat mengikat keduanya H+ dan OH- dan sampai batas tertentu untuk menjaga kekonstanan nilai pH. Mari kita tunjukkan ini menggunakan contoh sistem buffer format, yang merupakan pasangan asam-basa terkonjugasi HCOOH/HCOO- . Kesetimbangan dalam larutan buffer format dapat direpresentasikan dengan persamaan:
HCOOH HCOO-+H+
Ketika asam kuat ditambahkan, basa konjugasinya HOO- mengikat ion yang ditambahkan H+ , berubah menjadi asam format lemah:
HCOO - + H + HCOOH
Menurut prinsip Le Chatelier, kesetimbangan bergeser ke kiri.
Ketika alkali ditambahkan, proton asam format mengikat ion OH- yang ditambahkan- menjadi molekul air:
HCOOH + OH - → HCOO - + H 2 O
Keseimbangan asam basa menurut Le Chatelier bergeser ke kanan.
Dalam kedua kasus, ada perubahan kecil dalam rasio HCOOH/HCOO- , tetapi logaritma rasio ini sedikit berubah. Akibatnya, pH larutan juga sedikit berubah.
Inti dari aksi penyangga
Tindakan larutan buffer didasarkan pada fakta bahwa komponen individu dari campuran buffer mengikat ion hidrogen atau hidroksil dari asam dan basa yang dimasukkan ke dalamnya untuk membentuk elektrolit lemah. Misalnya, jika larutan buffer yang mengandung asam lemah HA n dan garam dari asam ini Kt A n , tambahkan alkali, maka reaksi pembentukan elektrolit lemah-air akan terjadi:
H + + OH → H 2 O
Oleh karena itu, jika alkali ditambahkan ke larutan buffer yang mengandung asam, maka ion hidrogen terbentuk selama disosiasi elektrolitik asam HA n , mengikat ion hidroksil dari alkali yang ditambahkan, membentuk elektrolit-air yang lemah. Alih-alih menghabiskan ion hidrogen, karena disosiasi asam HA . selanjutnya n , ion hidrogen baru muncul. Akibatnya, konsentrasi H . sebelumnya+ - ion dalam larutan buffer akan dikembalikan ke nilai aslinya.
Jika asam kuat ditambahkan ke dalam campuran buffer yang ditentukan, maka reaksi berikut akan terjadi:
H + + A n - → ON n
itu. Dan N - - ion yang terbentuk selama disosiasi elektrolitik garam K t A n , bergabung dengan ion hidrogen dari asam yang ditambahkan, membentuk molekul asam lemah. Oleh karena itu, konsentrasi ion hidrogen dari asam kuat yang ditambahkan ke dalam campuran buffer praktis tidak akan berubah. Pengaruh campuran buffer lain dapat dijelaskan dengan cara yang sama.
nilai pH dalam larutan buffer
Dengan mengubah rasio dan Anda bisa mendapatkan buffer
larutan yang berbeda dalam perubahan pH yang halus dari nilai minimum yang mungkin. Dalam larutan berair asam lemah
[ H + ] = K HAn * C HAn
di mana
pH = lg [ + ] = log K HAn log C HAn
Tapi sejak K HAN adalah nilai konstan, yang terbaik adalah mewakilinya dalam bentuk pK HAN itu. indikator konstanta disosiasi elektrolit: pK Han = log K HAN .
Kemudian kita dapatkan bahwa dalam larutan asam lemah:
pH = - log [H + ] = - - pK HAn - - pC HAn
Ketika asam lemah ditambahkan ke larutan garamnya, pH larutan akan berubah.
Menurut persamaan, dalam larutan yang mengandung campuran asam lemah dan garamnya [Н+ ] = K HAN
kemudian
pH \u003d - lg [H + ] \u003d - lg K HAn - lg C HAn + lg C Kt A n.
Demikian pula, kami menurunkan rumus untuk basa lemah:
[OH] = KKtOH * CKtOH
pOH = log [OH] = log K KtOH log C KtOH
Konsentrasi ion hidrogen juga dinyatakan dengan rumus berikut [H+ ] = , jadi
pH = pK w (− pK KtOH lg C KtOH )
Menurut persamaan, dalam larutan yang mengandung campuran basa lemah dan garamnya
[H+]=
t . e.
pH \u003d - log [H + ] \u003d - log K w + log K KtOH - logC Kt A n + log C KtOH.
Tidak perlu mengingat nilai pH yang diturunkan dari rumus, karena sangat mudah diperoleh dengan mengambil logaritma dari rumus sederhana yang menyatakan nilai [H+ ].
kapasitas penyangga
Kemampuan larutan penyangga untuk mempertahankan nilai pH konstan tidak terbatas dan tergantung pada komposisi kualitatif larutan penyangga dan konsentrasi komponennya. Ketika sejumlah besar asam kuat atau alkali ditambahkan ke larutan buffer, perubahan pH yang nyata diamati. Selain itu, untuk campuran buffer yang berbeda, berbeda satu sama lain dalam komposisi, berbeda satu sama lain dalam komposisi, efek buffer tidak sama. Oleh karena itu, campuran buffer dapat dibedakan berdasarkan kekuatan ketahanannya terhadap aksi asam dan alkali yang dimasukkan ke dalam larutan buffer dalam jumlah yang sama dan pada konsentrasi tertentu. Batas jumlah asam atau basa dari konsentrasi tertentu (dalam mol / l atau g-eq / l), yang dapat ditambahkan ke larutan buffer sehingga nilai pH-nya berubah hanya satu satuan, disebut kapasitas buffer.
Jika nilai [H + ] dari satu larutan buffer berubah ketika asam kuat ditambahkan kurang dari nilai [Н+ ] larutan penyangga lain ketika menambahkan jumlah asam yang sama, campuran pertama memiliki kapasitas penyangga yang lebih besar. Untuk larutan buffer yang sama, semakin besar kapasitas buffer, semakin tinggi konsentrasi komponennya.
Sifat buffer larutan asam dan basa kuat.
Larutan asam kuat dan basa kuat pada konsentrasi yang cukup tinggi juga memiliki efek penyangga. Sistem konjugasi dalam hal ini adalah H 3 O + /H 2 O - untuk asam kuat dan OH- /N2 O - untuk basa kuat. Asam dan basa kuat terdisosiasi sempurna dalam larutan berair dan oleh karena itu dicirikan oleh konsentrasi ion hidronium yang tinggi.atau ion hidroksil. Oleh karena itu, penambahan sejumlah kecil asam kuat atau basa kuat ke dalam larutannya hanya memiliki efek yang dapat diabaikan pada pH larutan.
Persiapan larutan buffer
1. Pengenceran dalam labu volumetrik fixanals yang sesuai.
2. Pencampuran jumlah pasangan asam-basa terkonjugasi yang sesuai dihitung menurut persamaan Henderson-Hasselbach.
3. Netralisasi parsial asam lemah dengan basa kuat atau basa lemah dengan asam kuat.
Karena sifat penyangga sangat lemah jika konsentrasi satu komponen berbeda 10 kali atau lebih dari konsentrasi yang lain, larutan penyangga sering dibuat dengan mencampurkan larutan dengan konsentrasi yang sama dari kedua komponen atau dengan menambahkan sejumlah reagen yang sesuai ke larutan satu komponen, yang mengarah pada pembentukan konsentrasi yang sama dari bentuk terkonjugasi. Literatur referensi berisi resep rinci untuk menyiapkan larutan buffer untuk berbagai nilai pH.
Aplikasi larutan buffer dalam analisis kimia
Larutan penyangga banyak digunakan dalam analisis kimia dalam kasus-kasus di mana, menurut kondisi percobaan, reaksi kimia harus berlangsung sambil mengamati nilai pH yang tepat yang tidak berubah ketika larutan diencerkan atau ketika reagen lain ditambahkan ke dalamnya. Misalnya, ketika melakukan reaksi oksidasi-reduksi, selama pengendapan sulfida, hidroksida, karbonat, kromat, fosfat, dll.
Berikut adalah beberapa kasus penggunaannya untuk tujuan analisis:
Larutan buffer asetat (CH3COOH + CH 3 COO Na ; pH \u003d 5) digunakan untuk pengendapan endapan yang tidak diendapkan dalam larutan asam atau basa. Efek berbahaya dari asam ditekan oleh natrium asetat, yang bereaksi dengan asam kuat. Sebagai contoh:
HC1 + CH 3 COO N a → CH 3 COOH + Na C1
atau dalam bentuk ionik
H + + CH 3 COO → CH 3 COOH.
Larutan buffer amonia-amonium ( N H 4 OH + N H 4 C1; pH = 9) digunakan dalam pengendapan barium, strontium, kalsium karbonat dan pemisahannya dari ion magnesium; selama pengendapan nikel, kobalt, seng, mangan, dan besi sulfida; serta dalam isolasi hidroksida aluminium, kromium, berilium, titanium, zirkonium, besi, dll.
Larutan buffer format (HCOOH + HCOO N sebuah; pH = 2) digunakan dalam pemisahan ion seng yang diendapkan dalam bentuk ZnS dengan adanya ion kobalt, nikel, mangan, besi, aluminium, dan kromium.
larutan penyangga fosfat ( N a 2 HPO 4 + N aH 2 RO; pH = 8) digunakan dalam melakukan banyak reaksi redoks.
Agar berhasil menggunakan campuran buffer untuk analisis, harus diingat bahwa tidak setiap campuran buffer cocok untuk analisis. Campuran buffer dipilih tergantung pada tujuannya. Itu harus memenuhi komposisi kualitatif tertentu, dan komponennya harus ada dalam larutan dalam jumlah tertentu, karena efek campuran buffer tergantung pada rasio konsentrasi komponennya.
Di atas dapat disajikan dalam bentuk tabel.
Solusi buffer yang digunakan dalam pengujian
|
campuran penyangga |
Komposisi campuran (pada rasio molar 1:1) |
pH |
|
Format |
Asam format dan natrium format |
|
|
benzoat |
Asam benzoat dan amonium benzoat |
|
|
Asetat |
Asam asetat dan natrium asetat |
|
|
Fosfat |
Natrium fosfat tersubstitusi dan tersubstitusi satu |
|
|
amonium |
Amonium hidroksida dan amonium klorida |
Campuran garam asam dengan substitusi hidrogen yang berbeda oleh logam juga memiliki efek buffering. Misalnya, dalam campuran penyangga dihidrogen fosfat dan natrium hidrogen fosfat, garam pertama berperan sebagai asam lemah, dan garam kedua berperan sebagai garamnya.
Dengan memvariasikan konsentrasi asam lemah dan garamnya, dimungkinkan untuk mendapatkan larutan buffer dengan nilai pH tertentu.
Sistem penyangga kompleks juga beroperasi pada organisme hewan dan tumbuhan, mempertahankan pH darah, getah bening, dan cairan lain yang konstan. Tanah juga memiliki sifat penyangga, yang cenderung melawan faktor eksternal yang mengubah pH larutan tanah, misalnya, ketika asam atau basa dimasukkan ke dalam tanah.
KESIMPULAN
Jadi, solusi buffer disebut solusi yang mendukungnilai pH konstan ketika diencerkan dan sejumlah kecil asam atau basa ditambahkan. Sifat penting dari larutan buffer adalah kemampuannya untuk mempertahankan nilai pH yang konstan ketika larutan diencerkan. Larutan asam dan basa tidak dapat disebut larutan penyangga, karena ketika diencerkan dengan air, pH larutan berubah. Larutan penyangga yang paling efektif dibuat dari larutan asam lemah dan garamnya atau basa lemah dan garamnya.
Larutan penyangga dapat dianggap sebagai campuran elektrolit yang memiliki ion dengan nama yang sama. Solusi buffer memainkan peran penting dalam banyak proses teknologi. Mereka digunakan, misalnya, dalam aplikasi elektrokimia lapisan pelindung, dalam produksi pewarna, kulit, bahan fotografi. Larutan buffer banyak digunakan dalam analisis kimia dan untuk kalibrasi pH meter.
Banyak cairan biologis adalah larutan penyangga. Misalnya, pH darah dalam tubuh manusia dipertahankan antara 7,35 dan 7,45; jus lambung dari 1,6 hingga 1,8; air liur 6,35-6,85. Komponen dari larutan tersebut adalah karbonat, fosfat dan protein. Dalam studi bakteriologis, budidaya bakteri juga membutuhkan penggunaan larutan buffer.
REFERENSI
1. Kreshkov A.P. Dasar-dasar kimia analitik. Buku 1. - M: Kimia, 1965. -498 hal.
2. Tsitovich I.K. Kursus Kimia Analitik: Buku Ajar untuk Sekolah Menengah Atas. - St. Petersburg: "Lan", 2007 - 496 hal.
3. Kreshkov A.P., Yaroslavtsev A.A. mata kuliah kimia analitik. Buku 1. Analisis kualitatif - edisi ke-2 direvisi. - M.: Kimia, 1964 - 432 hal.
4. Kimia: buku referensi untuk siswa SMA dan pelamar universitas / Ed. Lidia R.A., Alikberova L.Yu. - M.: AST-PERS SCHOOL, 2007 -512 detik.
5. Osipov Yu.S., Great Russian Encyclopedia: dalam 30 volume T.4.- M.: Great Russian Encyclopedia 2006. - 751 hal.
6. Mikhailenko Ya.I., Pengantar analisis kimia, Goshimtekhizdat, 1933.
