- caratteristiche
- Composizione
- Neutralizzano sia gli acidi che le basi
- Efficienza
- Preparazione
- Esempi
- Riferimenti
Le soluzioni tampone o tamponi sono quelle che possono diminuire le variazioni di pH dovute agli ioni H 3 O + e OH - . In assenza di questi, alcuni sistemi (come quelli fisiologici) sono danneggiati, poiché i loro componenti sono molto sensibili ai cambiamenti improvvisi del pH.
Proprio come gli ammortizzatori delle automobili riducono l'impatto causato dal loro movimento, i respingenti fanno lo stesso ma con l'acidità o la basicità della soluzione. Inoltre, i tamponi stabiliscono uno specifico intervallo di pH entro il quale sono efficienti.
In caso contrario, gli ioni H 3 O + acidificheranno la soluzione (il pH scende a valori inferiori a 6), determinando una possibile alterazione delle prestazioni della reazione. Lo stesso esempio può essere applicato per valori di pH basici, cioè maggiori di 7.
caratteristiche
Composizione
Sono essenzialmente composti da un acido (HA) o una base debole (B) e sali della loro base o acido coniugato. Di conseguenza, ci sono due tipi: tamponi acidi e tamponi alcalini.
Tamponi acido corrispondono al HA / A - coppia , dove A - è la base coniugata dell'acido debole HA e interagisce con ioni - come Na + - sali sodici forma. In questo modo, la coppia rimane come HA / NaA, sebbene possano anche essere sali di potassio o di calcio.
Derivato dall'HA acido debole, tampona gli intervalli di pH acidi (inferiori a 7) secondo la seguente equazione:
HA + OH - => A - + H 2 O
Tuttavia, essendo un acido debole, la sua base coniugata viene parzialmente idrolizzata per rigenerare parte dell'HA consumato:
A - + H 2 O <=> HA + OH -
D'altra parte, i tamponi alcalini sono costituiti dalla coppia B / HB + , dove HB + è l'acido coniugato della base debole. Generalmente, HB + forma sali con ioni cloruro, lasciando la coppia come B / HBCl. Questi tamponi tamponano gli intervalli di pH basici (maggiori di 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
E ancora, HB + può essere parzialmente idrolizzato per rigenerare parte della B consumata:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
Neutralizzano sia gli acidi che le basi
Mentre i tamponi acidi tamponano il pH acido e il tampone alcalino pH basico, entrambi possono reagire con gli ioni H 3 O + e OH - attraverso queste serie di equazioni chimiche:
A - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
Quindi, nel caso della coppia HA / A - , HA reagisce con gli ioni OH - , mentre A - la sua base coniugata reagisce con H 3 O + . Per quanto riguarda la coppia B / HB + , B reagisce con gli ioni H 3 O + , mentre HB + - il suo acido coniugato - con OH - .
Ciò consente a entrambi i tamponi di neutralizzare sia le specie acide che quelle basiche. Il risultato di quanto sopra rispetto, ad esempio, alla costante aggiunta di moli di OH - , è la diminuzione della variazione di pH (ΔpH):
L'immagine sopra mostra il tampone pH contro una base forte (OH - donatore ).
Inizialmente il pH è acido per la presenza di HA. Quando si aggiunge la base forte, si formano i primi moli di A - e il buffer inizia ad agire.
Tuttavia, c'è un'area della curva dove la pendenza è meno ripida; cioè, dove lo smorzamento è più efficiente (riquadro bluastro).
Efficienza
Esistono diversi modi per comprendere il concetto di efficienza di smorzamento. Uno di questi è determinare la derivata seconda della curva pH rispetto al volume di base, risolvendo per V il valore minimo, che è Veq / 2.
Veq è il volume nel punto di equivalenza; Questo è il volume di base necessario per neutralizzare tutto l'acido.
Un altro modo per capirlo è attraverso la famosa equazione di Henderson-Hasselbalch:
pH = pK a + log (/)
Qui B indica la base, A l'acido e pK a è il logaritmo più piccolo della costante acida. Questa equazione vale sia per la specie acida HA, sia per l'acido coniugato HB + .
Se è molto grande rispetto a, log () assume un valore molto negativo, che viene sottratto da pK a . Se invece è molto piccolo rispetto a, il valore di log () assume un valore molto positivo, che viene sommato a pK a . Tuttavia, quando =, log () è 0 e pH = pK a .
Cosa significa tutto quanto sopra? Che il ΔpH sarà maggiore negli estremi considerati per l'equazione, mentre sarà minimo con un pH pari al pK a ; e poiché il pK a è caratteristico di ciascun acido, questo valore determina l'intervallo pK a ± 1.
I valori di pH all'interno di questo intervallo sono quelli in cui il tampone è più efficiente.
Preparazione
Per preparare una soluzione tampone, è necessario tenere presente i seguenti passaggi:
- Conoscere il pH richiesto e, quindi, quello che si desidera mantenere il più costante possibile durante la reazione o il processo.
- Conoscendo il pH, si cercano tra tutti gli acidi deboli quelli il cui pK a è più vicino a questo valore.
- Una volta scelta la specie HA e calcolata la concentrazione del tampone (a seconda di quanta base o acido deve essere neutralizzato), viene pesata la quantità necessaria del suo sale sodico.
Esempi
L'acido acetico ha un pK a di 4,75, CH 3 COOH; pertanto, una miscela di determinate quantità di questo acido e acetato di sodio, CH 3 COONa, forma un tampone che tampona efficacemente nell'intervallo di pH (3,75-5,75).
Altri esempi di acidi monoprotici sono gli acidi benzoico (C 6 H 5 COOH) e formico (HCOOH). Per ciascuno di questi valori di pK a sono 4,18 e 3,68; pertanto, i suoi intervalli di pH con il tampone più elevato sono (3,18-5,18) e (2,68-4,68).
Inoltre, gli acidi poliprotici come acido fosforico (H 3 PO 4 ) e carbonio (H 2 CO 3 ) hanno molti valori pK a come protone può essere rilasciato. Pertanto, H 3 PO 4 ha tre pK a (2.12, 7.21 e 12.67) e H 2 CO 3 ha due (6.352 e 10.329).
Se si desidera mantenere un pH di 3 in una soluzione, è possibile scegliere tra i tamponi HCOONa / HCOOH (pK a = 3.68) e NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2.12).
Il primo tampone, quello dell'acido formico, è più vicino a pH 3 rispetto al tampone dell'acido fosforico; pertanto, i tamponi HCOONa / HCOOH sono migliori a pH 3 rispetto a NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
Riferimenti
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5a ed.). PEARSON Prentice Hall, p. 188-194.
- Avsar Aras. (20 aprile 2013). Mini ammortizzatori. Estratto il 9 maggio 2018 da: commons.wikimedia.org
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- Assoc. Prof. Lubomir Makedonski, PhD. . Soluzioni tampone. Università di Medicina di Varna.
- Chem Collective. Tutorial sui buffer. Estratto il 9 maggio 2018 da: chemcollective.org
- askIITians. (2018). Soluzione tampone. Estratto il 9 maggio 2018 da: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Esempi di soluzioni tampone, tampone o tampone. Estratto il 9 maggio 2018 da: quimicas.net