bevezető kémia-1. kanadai kiadás
tanulási célok
- definiálja a puffert.
- helyesen azonosítsa a puffer két összetevőjét.
amint azt a 12.4. “erős és gyenge savak és bázisok és sóik” szakasz jelzi, a gyenge savak viszonylag gyakoriak, még az általunk fogyasztott élelmiszerekben is. De időnként találkozunk egy erős savval vagy bázissal, például gyomorsavval, amelynek erősen savas pH-ja 1,7. Definíció szerint az erős savak és bázisok viszonylag nagy mennyiségű H+ vagy OH− iont képesek előállítani, következésképpen jelentős kémiai aktivitással rendelkeznek. Ezenkívül nagyon kis mennyiségű erős sav és bázis nagyon gyorsan megváltoztathatja az oldat pH-ját. Ha 1 mL gyomorsavat adunk a véráramba, és nincs korrekciós mechanizmus, akkor a vér pH—ja körülbelül 7,4-ről körülbelül 4,7-re csökken-ez a pH nem segíti elő a folyamatos életet. Szerencsére a testnek van egy mechanizmusa az ilyen drámai pH-változások minimalizálására.
a mechanizmus tartalmaz egy puffert, egy olyan oldatot, amely ellenáll a pH drámai változásainak. a pufferek ezt úgy teszik meg, hogy bizonyos oldott anyagpárokból állnak: vagy gyenge sav plusz a gyenge savból származó só vagy gyenge bázis plusz annak a gyenge bázisnak a sója. Például egy puffer állhat oldott HC2H3O2 (gyenge sav) és NaC2H3O2 (a gyenge savból származó só). A puffer másik példája az NH3 (gyenge bázis) és NH4Cl (ebből a gyenge bázisból származó só) tartalmú oldat.
használjunk HC2H3O2/NaC2H3O2 puffert a pufferek működésének bemutatására. Ha egy erős bázist−OH—(aq) ionok forrását− adunk a pufferoldathoz, akkor ezek az OH-ionok sav−bázis reakcióban reagálnak a HC2H3O2−vel:
HC2H3O2(aq) + OH− (AQ) (AQ) H2O ( ++ ) + C2H3O2 – (AQ)
ahelyett, hogy drámai módon megváltoztatnák a pH-t az oldat bázikussá tételével, a hozzáadott OH-ionok H2O előállítására reagálnak, így a pH nem változik sokat.
ha erős savat—H+ ionok forrását—adunk a pufferoldathoz, akkor a H+ ionok reagálnak a só anionjával. Mivel a HC2H3O2 gyenge sav, nem sokat ionizálódik. Ez azt jelenti, hogy ha sok H+ ionok és a C2H3O2− ionok vannak jelen ugyanabban az oldatban, akkor jön össze, hogy HC2H3O2:
H+(aq) + C2H3O2−(aq) hc2h3o2(aq)
ahelyett, hogy a pH drámaian változik, és így az oldat savas, a hozzáadott H+ ionok reagálnak, hogy a molekulák egy gyenge sav. A 12.2.ábra “a pufferek műveletei” a puffer mindkét műveletét szemlélteti.
12.2.ábra a pufferek működése
a pufferek mind erős savakkal (felső), mind erős bázisokkal (oldalsó) reagálhatnak a nagy pH-változások minimalizálása érdekében.
a gyenge bázisokból készült pufferek és a gyenge bázisok sói hasonlóan működnek. Például egy NH3− t és NH4Cl−t tartalmazó pufferben az NH3 molekulák reagálhatnak az erős savak által bevezetett H+ – ionok feleslegével:
NH3(aq) + H+(AQ) ++ NH4+(aq)
míg az NH4+(AQ) ion reakcióba léphet az erős bázisok által bevezetett OH-ionokkal:
NH4+(aq) + OH – (AQ) H2O ( ++ )
15. példa
a vegyületek mely kombinációi hozhatnak létre pufferoldatot?
- HCHO2 és NaCHO2
- HCl és NaCl
- CH3NH2 és CH3NH3Cl
- NH3 és NaOH
oldat
- a HCHO2 hangyasav, gyenge sav, míg a NaCHO2 a gyenge sav (a formiát ion) anionjából előállított só. E két oldott anyag kombinációja pufferoldatot eredményezne.
- a HCl erős sav, nem gyenge sav, ezért e két oldott anyag kombinációja nem hozna létre pufferoldatot.
- a CH3NH2 metilamin, amely olyan, mint az NH3, amelynek egyik H atomja egy CH3 csoporttal van helyettesítve. Mert nem szerepel a 12. táblázatban.2 “Erős savak és bázisok”, feltételezhetjük, hogy gyenge bázis. A ch3nh3cl vegyület egy gyenge bázisból készült só, tehát e két oldott anyag kombinációja pufferoldatot eredményezne.
- NH3 egy gyenge bázis, de NaOH egy erős bázis. E két oldott anyag kombinációja nem hozna pufferoldatot.
tesztelje magát
mely vegyületek kombinációi képesek pufferoldatot készíteni?
- NaHCO3 és NaCl
- H3PO4 és NaH2PO4
- NH3 és (NH4)3PO4
- NaOH és NaCl
válaszok
- nem
- igen
- igen
- nem
a pufferek csak korlátozott mennyiségű hozzáadott erős sav vagy bázis esetén működnek jól. Ha bármelyik oldott anyag teljesen reagál, az oldat már nem puffer, és gyors pH-változás léphet fel. Azt mondjuk, hogy egy puffernek van egy bizonyos kapacitása. Azok a pufferek, amelyekben több oldott anyag van feloldva, nagyobb kapacitással rendelkeznek, amint az várható volt.
az emberi vér pufferrendszerrel rendelkezik a pH szélsőséges változásainak minimalizálása érdekében. a vérben egy puffer a HCO3 és a H2CO3 jelenlétén alapul . Ezzel a pufferrel, még akkor is, ha valamilyen gyomorsav közvetlenül a véráramba kerül, a vér pH-jának változása minimális lenne. A test számos sejtjében van egy foszfátionokon alapuló pufferrendszer.
étel és ital App: A sav, amely enyhíti a fájdalmat
bár a gyógyszerek nem pontosan “étel és ital”, elfogyasztjuk őket, ezért vessünk egy pillantást egy savra, amely valószínűleg a leggyakoribb gyógyszer: acetilszalicilsav, más néven aszpirin. Az aszpirin jól ismert fájdalomcsillapító és lázcsillapító (lázcsökkentő).
az aszpirin szerkezetét a kísérő ábra mutatja. A savas rész körözött; ez a H atom abban a részben, hogy lehet adományozni, mint az aszpirin viselkedik, mint egy Br Caublinsted-Lowry sav. Mivel a 12.2 “erős savak és bázisok” táblázatban nem szerepel, az acetilszalicilsav gyenge sav. Ez azonban még mindig sav, és mivel néhány ember viszonylag nagy mennyiségű aszpirint fogyaszt naponta, savas jellege problémákat okozhat a gyomor bélésében, annak ellenére, hogy a gyomor védekezik a saját gyomorsavjával szemben.
ábra 12.3 az aszpirin molekuláris szerkezete
a körözött atomok a molekula savas részei.
mivel az aszpirin savas tulajdonságai problematikusak lehetnek, sok aszpirin márka a gyógyszer “pufferelt aszpirin” formáját kínálja. Ezekben az esetekben az aszpirin pufferszert is tartalmaz—általában MgO—t -, amely szabályozza az aszpirin savasságát a savas mellékhatások minimalizálása érdekében.
olyan hasznos és gyakori, mint az aszpirin, hivatalosan 1899-től kezdve gyógyszerként forgalmazták. Az amerikai Food and Drug Administration (FDA), az Egyesült Államokban a gyógyszerek felügyeletével és jóváhagyásával megbízott kormányzati ügynökség csak 1906-ban alakult meg. Néhányan azzal érveltek, hogy ha az FDA az aszpirin bevezetése előtt jött létre, az aszpirin soha nem kapott jóváhagyást a mellékhatások—gyomor-bélrendszeri vérzés, fülcsengés, Reye-szindróma (májprobléma) és néhány allergiás reakció miatt. Az utóbbi időben azonban az aszpirint a szívrohamok és a stroke csökkentésére gyakorolt hatásai miatt emlegették, így valószínű, hogy az aszpirin itt marad.
kulcs elvihető
- a puffer olyan megoldás, amely ellenáll a hirtelen pH-változásoknak.
gyakorlatok
-
definiálja a puffert. Milyen két kapcsolódó kémiai összetevőre van szükség a puffer létrehozásához?
-
lehet-e puffert létrehozni egy erős sav és egy erős bázis kombinálásával? Miért vagy miért nem?
-
mely vegyületek kombinációi hozhatnak létre puffert? Tegyük fel, hogy vizes oldatok.
a) HCl és NaCl
b) HNO2 és NaNO2
c) NH4NO3 és HNO3
d) NH4NO3 és NH3
4. A vegyületek mely kombinációi képesek puffert létrehozni? Tegyük fel, hogy vizes oldatok.
a) H3PO4 és Na3PO4
b) NaHCO3 és Na2CO3
c) NaNO3 és Ca(NO3)2
d) HN3 és NH3
5. A 3. gyakorlat minden olyan kombinációjához, amely puffer, írja be a pufferkomponensek reakcióinak kémiai egyenleteit, amikor erős savat és erős bázist adnak hozzá.
6. A 4. gyakorlat minden olyan kombinációjához, amely puffer, írja be a pufferkomponensek reakcióinak kémiai egyenleteit, amikor erős savat és erős bázist adunk hozzá.
7. A teljes foszfátpuffer rendszer négy anyagon alapul: H3PO4, H2PO4−, HPO42−és PO43 -. Milyen különböző pufferoldatok készíthetők ezekből az anyagokból?
8. Magyarázza el, hogy a NaBr miért nem lehet komponens sem savas, sem bázikus pufferben.
9. Két oldatot készítünk, amelyek azonos koncentrációjú oldott anyagokat tartalmaznak. Az egyik megoldás H3PO4 és Na3PO4, míg a másik HCN és NaCN. Melyik megoldásnak kell nagyobb kapacitással rendelkeznie pufferként?
10. Két oldatot készítünk, amelyek azonos koncentrációjú oldott anyagokat tartalmaznak. Az egyik megoldás NH3 és NH4NO3, míg a másik H2SO4 és Na2SO4. Melyik megoldásnak kell nagyobb kapacitással rendelkeznie pufferként?
válaszok
a puffer egy gyenge sav vagy bázis és egy gyenge sav vagy bázis sójának kombinációja.
a) nem
b) igen
c) nem
d) igen
3B: erős sav: NO2− + H+ HNO2; erős bázis: HNO2 + OH− KB no2− + H2O; 3D: erős bázis: NH4+ + OH− KB NH3 + H2O; erős sav: NH3 + H+ KB NH4+7.
a pufferek három kombinációból állíthatók elő: (1) H3PO4 és H2PO4−, (2) H2PO4 és HPO42−, és (3) HPO42 és PO43−. (Technikailag a puffer bármely két komponensből elkészíthető.)
a foszfátpuffernek nagyobb kapacitással kell rendelkeznie.