Буферлік шешімді қалай жасауға болады
Пендахулуан
Буферлік ерітінді - бұл аз мөлшерде қышқыл немесе негіз қосылған кезде де салыстырмалы түрде тұрақты рН деңгейін сақтайтын химиялық ерітінді. Буферлік ерітінділер биохимия, фармация және зерттеу зертханаларын қоса алғанда, әртүрлі салаларда маңызды. Бұл мақалада буферлік ерітіндіні қалай жасау керектігі, оның ішінде буферлік ерітінділердің қалай жұмыс істейтіні, қажетті компоненттер және нақты қадамдар туралы негізгі түсінік қарастырылады.
Буферлік шешімдерді түсіну
Буферлік ерітінді ерітіндіге қосылған H⁺ немесе OH⁻ иондарын сіңіре алатын, осылайша рН-тың күрт өзгеруіне жол бермейтін конъюгатты қышқыл-негіз жұбынан тұрады. Буферлік ерітінділердің екі негізгі түрі бар:
1. Қышқыл буфері: Әлсіз қышқыл мен оның тұзынан (құрамында оның конъюгат негізі бар) жасалған. Мысал ретінде сірке қышқылының (CH₃COOH) және натрий ацетатының (CH₃COONa) қоспасын алуға болады.
2. Негіз буфері: Әлсіз негіз бен оның тұзынан (құрамында оның конъюгат қышқылы бар) жасалған. Мысал ретінде аммиак (NH₃) мен аммоний хлоридінің (NH₄Cl) қоспасын алуға болады.
рН ұғымы және Хофштадтераве сызықтық буферлік теңдеуі
Буферлік ерітіндінің рН мәнін Гендерсон-Хассельбах теңдеуін пайдаланып есептеуге болады:
\[ \text{pH} = \text{pK}_a + \log \left( \frac{[\text{Базаны біріктіру}]}{[\text{Қышқыл]} }\right) \]
Қайда:
– \(\text{pH}\) – ерітіндінің қышқылдық дәрежесі.
– \(\text{pK}_a\) – пайдаланылған қышқылдың қышқылдық диссоциациялану константасы.
– \([\text{Қосылыс негізі}]\) – қосылыс негіздің концентрациясы.
– \([\text{Acid}]\) – қышқылдың концентрациясы.
Буферлік ерітінді жасау үшін қажетті компоненттер
1. Әлсіз қышқыл/әлсіз негіз: Қажетті рН мәніне жақын \(\text{pK}_a\) болатын әлсіз қышқылды немесе негізді таңдаңыз.
2. Қышқыл/негіз тұзының конъюгаты: Буферлік жүйені жасау үшін тиісті конъюгатты қышқыл немесе негіз тұзын таңдаңыз.
3. Стандартты ерітінді: Стандартты ерітінді буфердің рН мәнін жууға немесе тұрақтандыруға көмектесе алады.
Буферлік шешімді жасау қадамдары
1. Қажетті рН мәнін анықтаңыз
Буфер үшін қажетті рН мәнін анықтаңыз. Мысалы, егер сізге рН мәні 7,0 болатын буфер қажет болса, сіз әлсіз қышқыл мен оның конъюгат негізінің pK мәні осы мәнге жақын болатын жүйесін пайдалана аласыз.
2. Дұрыс буферлік жүйені таңдаңыз
Қолданылатын қышқыл-негіз жұбын таңдаңыз. Мысалы, ацетат буфері үшін сірке қышқылы (\(\text{pK}_a = 4.76\)) және натрий ацетаты қолданылады, ал аммиак буфері үшін аммиак (\(\text{pK}_b\) NH₃ үшін 4.75) және аммоний хлориді қолданылады.
3. Қышқыл мен негіздің қосылыс үлесін есептеңіз
Қышқыл мен конъюгацияланған негіздің қажетті қатынасын есептеу үшін Гендерсон-Хассельбах теңдеуін қолданыңыз. Мысалы, фосфор қышқылын пайдаланып (\(\text{pK}_a 2 = 7.2\)) рН мәні 7 болатын буфер жасау үшін теңдеу келесідей болады:
\[ 7.0 = 7.2 + \log \left( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) \]
Сонымен,
\[ \log \left( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) = 7.0 – 7.2 \]
\[ \log \left( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) = -0.2 \]
\[ \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} = 10^{-0.2} \шамамен 0.63 \]
Сонымен, қышқылдың (H_2PO_4^-) әрбір молі үшін сізге 0.63 моль конъюгат негізі (HPO_4^2-) қажет.
4. Қышқыл мен негіздің конъюгат ерітіндісін дайындаңыз
Белгілі концентрациядағы конъюгат қышқылы мен негіздің негізгі ерітінділерін дайындаңыз. Мысалы, егер сіз 1 л буферлік ерітінді жасап жатсаңыз, сізге алдыңғы қадамға негізделген қышқыл мен негіз ерітінділері қажет болады.
5. Ерітіндіні араластырыңыз
Қышқыл және конъюгат негіз ерітінділерін есептелген пропорцияларда араластырыңыз. Дұрыс рН мәнін қамтамасыз ету үшін қоспаны мұқият араластырыңыз және калибрленген рН өлшегішті пайдаланып рН мәнін тексеріңіз.
6. Қажет болса, рН деңгейін реттеңіз
Егер буфер ерітіндісінің рН мәні қажетті деңгейде болмаса, қажетті рН мәніне жеткенше аз мөлшерде күшті қышқыл (мысалы, HCl) немесе күшті негіз (мысалы, NaOH) қосу арқылы оны реттеуге болады. Дегенмен, тым көп қышқыл немесе негіз қосу арқылы буфер жүйесіне зақым келтірмеуге тырысу керек.
7. Құрылтайшылық кепілдік
рН дұрыс болғаннан кейін, қажетті көлемге дейін деионизацияланған су қосыңыз, мысалы, егер сіз 1 литрлік буфер дайындап жатсаңыз, 1 литр.
Буферлік шешімді жасаудың практикалық мысалы
1-мысал: Фосфат буфері (рН 7,0)
рН 7,0 болатын 1 литр фосфат буферлік ерітіндісін дайындау үшін:
- Қажетті материалдар:
– 0,1 М Na₂HPO₄ (натрий гидрофосфаты)
– 0,1 М NaH₂PO₄ (натрий дигидрофосфаты)
– Қадамдар:
1. Жоғарыдағы қадамдардағыдай, Гендерсон-Хассельбальх теңдеуін пайдаланып қатынасты есептеңіз.
2. 0,63 моль (63 мл) Na₂HPO₄-ты 1 моль (100 мл) NaH₂PO₄-пен араластырыңыз.
3. Араластырғаннан кейін, рН деңгейін тексеріп, қажет болса реттеңіз.
4. Көлемі 1 литрге жеткенше су қосыңыз.
2-мысал: Ацетат буфері (рН 4.76)
рН 4.76 болатын 500 мл ацетат буферлік ерітіндісін дайындау үшін:
- Қажетті материалдар:
– 0.1 М сірке қышқылы (CH₃COOH)
– 0.1 М натрий ацетаты (CH₃COONa)
– Қадамдар:
1. 0.5 моль сірке қышқылын 0.5 моль натрий ацетатымен араластырыңыз.
2. рН деңгейін тексеріп, қажет болса, реттеңіз.
3. Көлемі 500 мл жеткенше су қосыңыз.
Қорытынды
Буферлік ерітінділерді жасау үшін қышқыл-негіз химиясын терең түсіну және Хендерсон-Хассельбах теңдеуін пайдаланып есептеулер жүргізу мүмкіндігі қажет. Жүйелі қадамдар арқылы сіз әртүрлі тәжірибелік жағдайларда тұрақты рН деңгейін сақтайтын буферлік ерітінділерді жасай аласыз. Қайталап жаттығу арқылы сіз өзіңіздің нақты қажеттіліктеріңізге бейімделген буферлік ерітінділерді жасауда шебер боласыз.
