Факторы влияющие на буферную емкость: Буферная емкость

Буферная емкость

Способность буферных систем противодействовать резкому изменению рН при добавлении к ним сильной кислоты или основания является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество вносимых в раствор сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. В противном случае наблюдается резкое изменение рН, т.е. буферное действие раствора прекращается.

Это связано с тем, что в результате протекающей реакции изменяется соотношение молярных концентраций компонентов буферной системы: С_{кислоты}/С_солиили С_{основания}/С_соли.

При этом концентрация компонента, реагирующего с добавленной кислотой или щелочью, уменьшается, а концентрация второго компонента возрастает, т.к. он дополнительно образуется в ходе реакции.

Количественно буферное действие раствора характеризуется с помощью буферной емкости (В). При этом различают буферную емкость по кислоте (В_к.) и буферную емкость по основанию или щелочи (В_о.).

Буферной емкостью по кислотеявляется то количество химического эквивалента сильной кислоты, которое нужно добавить к 1 литру (1 дм³) буферной системы, чтобы уменьшить её рН на единицу. Ее можно рассчитать по следующей формуле:

где n(1/z HA) – число молей химического эквивалента сильной кислоты, добавленное к 1 литру буферной системы;рН₁ – водородный показатель системы до добавления сильной кислоты;рН₂ – водородный показатель системы после добавления сильной кислоты.

В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем, выраженный в литрах или дм³) формула для подсчета буферной емкости будет иметь следующий вид:

где С(1/z НА) – молярная концентрация химического эквивалента сильной кислоты в добавляемом растворе;

V(НА) – объем (л) добавленного раствора сильной кислоты; V_{(буферной
системы)} – объем буферного раствора, к которому добавляют раствор кислоты.

Соответственно, буферной емкостью по основаниюявляется то количество химического эквивалента сильного основания (щелочи), которое нужно добавить к 1 литру (1 дм³) буферной системы, чтобы вызвать увеличение ее рН на единицу:

где n(1/z В) – число молей химического эквивалента основания, которое добавили к 1 литру буферного раствора; рН

₁ – водородный показатель раствора до добавления основания; рН₂ – водородный показатель раствора после добавления основания.

В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем) формула для подсчета буферной емкости по основанию примет следующий вид:

где С(1/z В) – молярная концентрация химического эквивалента основания в добавляемом растворе; V(В) – объем (л) добавленного раствора сильного основания; V_{(буферной
системы)} – объем буферного раствора (л), к которому добавляют раствор сильного основания.

Величина буферной емкости зависит от концентраций компонентов буферной системы и от их соотношения.

Чем более концентрированным является буферный раствор, тем выше его буферная емкость, т.к. в этом случае добавление небольших количеств сильной кислоты или щелочи не вызовет существенного изменения концентраций его компонентов, а значит и их соотношения.

Из буферных растворов с одинаковым суммарным содержанием химического количества их компонентов наибольшей емкостью будут обладать те, которые составлены из равного числа молей слабой кислоты и её соли или слабого основания и его соли (рис. 35). В таких растворах молярные концентрации компонентов будут одинаковые, а значит соотношение С

кислоты/С_соли= 1 и С_{основания}/ С_соли.= 1.

Рис. 35. Изменение буферной емкости (1) и изменение рН кислотной буферной системы при добавлении к ней определенного количества сильной кислоты (2) в зависимости от содержания её компонентов

Данные растворы будут иметь примерно одинаковые значения буферной емкости как по кислоте, так и по основанию.

Если же соотношение концентраций компонентов буферной системы не равно 1, то значения ее буферной емкости по основанию и кислоте будут отличаться друг от друга (причем тем существеннее, чем в большей степени соотношение С_{кислоты}/С_солии С_{основания}/С_солиотклоняется от единицы).

Например, если в кислотной буферной системе солевой компоненты содержится больше, чем слабой кислоты, то ее буферная емкость по кислоте будет выше, чем по основанию, т.е. В_к.> В_о.

Соответственно, буферная емкость по кислоте для основной буферной системы будет больше, чем по основанию, в том случае, если содержание солевой компоненты в этом случае будет меньше, чем слабого основания.

Таким образом, можно сделать вывод, что в данных случаях буферная емкость выше по тому веществу, которое реагирует с избыточным компонентом буферного раствора.

Если буферная система не обладает достаточной буферной емкостью, ее можно повысить, увеличив концентрацию обоих компонентов в необходимое количество раз.

Буферная емкость и факторы на нее влияющие. Зона буферного действия.

Буферная емкость(В)— величина, характеризующая способность БС противодействовать изменению рН, при добавлении щелочей или сильных кислот.

В= n(1/zX)/ ΔpH*Vб.= С(1/z X)*Vx/ ΔpH*Vб.
В-буферная емкость,
n-кол-во вещества (ммоль),
z-число эквивалентов,
X- формула сильной кислоты или щелочи,
n(1/z X)- кол-во эквивалентного в-ва X(ммоль),
ΔpH=pHкон.-рНнач. (по модулю),
С(1/z X)- молярная концентрация эквивалентного в-ва X(ммоль/л),
Vx-объем растворенного в-ва X (л),
Vб.- объем БР (л)

[B]-ммоль/л- ммоль эквивалентов сильной кислоты или щелочи на 1л БР.
Вx-буферная емкость по кислоте,
Вщ- буферная емкость по щелочи.

Факторы, влияющие на В:
1. Концентрация компонентов БС, чем она больше, тем больше кол-ва сильной кислоты или щелочи может быть нейтрализовано, тем больше В.

2. Отношение концентраций компонентов, а, следовательно рН БР, которое, как следует из уравнения Г-Г, зависит от этого показателя.
Если концентрации компонентов одинаковы, то их отношение равно 1, тк. Lg=0, то уравнение Г-Г примет следующий вид:
для КБС: рН=рКк,
для ОБС: рН=14-рКо.
Именно при этих значениях рН, В будет максимальной.
БС обладают буферной емкостью только при определенных значениях рН, в так называемой зоне буферного действия.
ЗБД— интервал значения рН, внутри которого БС способна противодействовать изменению концентрации Н+ ( изменению реакции среды).
Интервал примерно равен двум единицам рН.
1.КБС: рН=рКк±1
2.ОБС: рН=(14-рКо)±1
Вывод: для того, чтобы рН БР входило в зону БД, концентрация одного компонента не должна превышать концентрацию другого больше , чем в 10 раз

23. Буферные системы крови:состав, распределение в плазме и эритроцитах, иеханизм действия гидрокарбонатной, фосфатной, белковой буф. Систем. pH в крови в норме, pH артериальной и венозной крови

Постоянство pH внутренней среды организма обусловлено совместным действием буферных систем и ряда физиологических механизмов (деятельность легких, выделительная функция почек).

Ph во в артериальной крови 7,4 (7,36-7,46), в венозной крови 7,38. Колебание pH в этих водных сегментах совместимо с жизнью (6,9-7,8). На их долю 44% буферной емкости крови.

Распределение БС в плазме – гидрокарбонатная 35%, белковая 7%, фосфатная 2% .На их долю 44% буферной емкости крови.

В эритроцитах- гемоглобиновая 35%, гидрокарбонатная 18%, фосфатная(органических фосфатов) 3%. На их долю приходится 56% буферное емкости крови.

Поддержание pH крови является важнейшей физиологической задачей. Если бы не существовало механизма поддержки pH, то огромное количество кислотных продуктов, образовавшихся в результате метаболизма, вызывали бы закисление (ацидоз). В меньшей степени в организме накапливаются в процессе метаболизма щелочные продукты, которые могут сместить pH среды в щелочную сторону ( алкалоз ).

Постоянство pH во внеклеточном сегменте поддерживается сильными буферными системами крови, дыхательной и почечной регуляцией. Важными буферными системами являются: бикарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, белковая

Бикарбонатная буферная система.

NaHCO₃/ H₂CO₃= 20:1

Эта система представлена бикарбонатом натрия (гидрокарбонатом) и угольной кислотой.

Механизм действия.

При накоплении в организме кислых продуктов они вступают в реакцию нейтрализации с бикарбонатом Na с образованием NaCl и H₂CO₃ (который диссоциирует на CO₂ и H₂O) CO₂ с помощью гемоглобиновой буферной системы переносится в легкие, а оттуда выводится из организма. Таким образом существует связь между этими двумя буферными системами.

NaHCO₃ + НCl NaCl + H₂CO₃ (диссоциирует на)

H₂O CO₂

При появлении в крови избытка щелочных продуктов в реакцию вступает второй компонент буферной системы H₂CO₃, в результате чего образуется бикарбонат Na и вода. Избыток NaHCO₃ удаляется через почки.

H₂CO₃ + NaOHNaHCO₃ + H₂O

Таким образом, благодаря легким и почкам соотношение между NaHCO₃ и H₂CO₃ поддерживается на постоянном уровне равном 20:1 (это соотношение свидетельствует о том, что щелочной компонент буфера должен быть больше кислотного резерва т.к. вероятность образования в организме кислого продукта намного выше).

Фосфатная буферная система.

1% от всей емкости крови. Она представлена солями фосфорной кислоты: двух и одного замещенного фосфорнокислого Na.

Na₂HPO₄/ NaH₂PO₄ = 4:1

Механизм действия.

При появлении в среде кислого продукта появляется однозамещенный NaH₂PO₄-менее кислый продукт, а при защелачивании двузамещенный Na₂HPO₄.

Действие фосфатного буфера связано с действием почек, а механизм регуляции, как и у бикарбонатной буферной системы, т.е. при закислении среды в почках возрастает секреция ионов водорода в просвет канальцев, где эти ионы вступают в реакцию с двузамещенным фосфорнокислым Na (Na₂HPO₄) и образованием Na₂H₂PO₄ который выделяется с мочой, и наоборот.

HPO₄^2- + H⁺ H₂PO₄^—

H₂PO₄^— + OH^— HPO₄^2- + H₂O

Гемоглобиновая буферная система.

Самая сильная система крови. Она в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера и на ее долю приходится 75% всей емкости крови.

Белковая буферная система.

Имеет меньшее значение для поддержания К.О.С. в плазме крови.

Механизм :

1. Взаимодействие с кислотой

(NH₄)⁺-R-(COO^—)+H⁺=(NH₃)⁺ -R-(COOH)

2. Взаимодействие со щелочью

(NH₃)⁺ -R-(COO^—)+ OH^—=(NH₂) -R-(COO^—)+H₂O

Буферная емкость и факторы на нее влияющие. Зона буферного действия

Способность растворов поддерживать постоянное значение pH небезгранична. Количественной мерой буферного действия раствора является буферная емкость (БЕ). Теоретически БЕ равна производной количества вещества сильной кислоты или щёлочи, добавленных к 1л буферного р-ра по изменению рН:

Практически БЕ– это к-во эквивалентов ионов Н+ или ОН-, которые надо добавить к1 л буферного р-ра, чтобы изменить его рН на единицу. При практическом определении буферной емкости по кислоте используют формулы:

где С_{н (к-ты)} и V(_к-ты)— соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора кислоты, при добавлении которого к объему буферного раствора V_{буф.р-ра} происходит уменьшение рН на величину ΔрН.

Буферная емкость по щелочи находится по формуле

где С_{н (осн)} и V(_осн)— соотвественно, нормальная концентрация и объем раствора щелочи, при добавлении которого к объему буферного раствора V_{буф.р-ра} происходит увеличение рН на величину ΔрН

Б. Е. зависит от состава буферного раствора, концентрации и соотношения компонентов.

· Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше Б.Е. этого раствора.

· Б. Е. зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.

· При рН = рКа отношение С (соль)/ С (кислота) = 1, т. е. в растворе имеется одинаковое количество соли и кислоты. При таком соотношении концентраций рН раствора изменяется в меньшей степени, чем при других, и, следовательно, Б. Е. максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения. Б. Е. раствора возрастает по мере увеличения концентрации его компонентов и приближения соотношения [HAn]/ [KtAn] или [KtOH]/ [KtAn] к единице.

Рабочий участок буферной системы, т. е. способность противодействовать изменению рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность приблизительно одну единицу рН с каждой стороны от точки рН = рКа. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0. Интервал рН = рКа ± 1

называется зоной буферного действия. Выраженное буферное действие наблюдается, если концентрация одного из компонентов превышает концентрацию другого не более, чем в 10 раз. Соотвественно, границы зоны буферного действия составляют:

Буферные системы крови: состав, распределение в плазме и эритроцитах, механизм действия гидрокарбонатной, фосфатной, белковой буферных систем, рН крови в норме, рН артериальной и венозной крови.

Кровь содержит 4 основные буферные системы. 1. Гидрокарбонатная. 2. Белковая. 3. Гемоглобиновая4. Фосфатная буферная система.

Гидрокарбонатный буфер представлен смесью веществ Н₂СО₃ и NaHCO₃ в соотношении 1 : 20. Этот буфер представляет собой основную буферную систему плазмы крови; он является системой быстрого реагирования, так как продукт его взаимодействия с кислотами (СО₂) – быстро выводится через легкие.

Механизм действия. В случае накопления кислот в крови уменьшается количество НСО₃^— и происходит реакция: НСО₃^—+ Н⁺ ↔ Н₂СО₃ ↔ Н₂О + СО₂↑. Избыток удаляется лёгкими. Однако значение рН крови остаётся постоянным, так как увеличивается объём лёгочной вентиляции, что приводит к уменьшению объёма СО_2. При увеличении щелочности крови концентрация НСО₃^— увеличивается: Н₂СО₃ + ОН^— ↔ НСО₃^— + Н₂О. Это приводит к замедлению вентиляции лёгких, поэтому СО₂ накапливается в организме и буферное соотношение остаётся неизменным.

Гемоглобиновый буфер- Главная буферная система эритроцитов, на долю которой приходится около 75% всей буферной ёмкости крови. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и СО2. Гемоглобиновая буферная система крови играет значительную роль сразу в нескольких физиологических процессах: дыхании, транспорте кислорода в ткани и в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови. Она представлена двумя слабыми кислотами – гемоглобином и оксигемоглобином и сопряженными им основаниями – соответственно гемоглобинат- и оксигемоглобинат-ионами:
HHb ↔ H⁺ + Hb^—
HHbO₂ ↔ H⁺ +HbO₂^—
Оксигемоглобин – более сильная кислота (рКа = 6,95), чем гемоглобин (рКа = 8,2). При рН = 7,25 (внутри эритроцитов) оксигемоглобин ионизирован на 65%, а гемоглобин – на 10%, поэтому присоединение кислорода к гемоглобину уменьшает значение рН крови, так как при этом образуется более сильная кислота. С другой стороны, по мере отдачи кислорода оксигемоглобином в тканях значение рН крови вновь увеличивается.
Буферные свойства ННb прежде всего обусловлены возможностью взаимодействия кислореагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:
КНb + Н₂СО₃ ↔ КНСО₃ + ННb.
Образующийся гидрокарбонат (КНСО₃) уравновешивает количество поступающей Н₂СО₃, рН сохраняется, так как происходит диссоциация потенциальных молекул Н₂СО₃ и образовавшихся гемоглобиновых кислот. Именно таким образом поддерживается рН крови в пределах нормы, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества СО₂ и других кислореагирующих продуктов обмена. В капиллярах лёгких гемоглобин (ННb) поглощает кислород и превращается в HHbO₂, что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению некоторого количества Н₂СО₃ из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови, а в тканях отдает его и поглощает СО₂.
В лёгких: ННb + O₂ ↔ HHbO₂;
HHbO₂ + HCO₃^— ↔ HbO₂ + H₂O + CO₂ ↑
В тканях: HbO₂ ↔ Hb^— + O₂; Hb^— + Н₂СО₃ ↔ ННb + HCO₃^—
Кроме того, гемоглобиновый буфер является сложным белком и действует как белковый буфер.
Фосфатный буфер составляет 5 % буферной ёмкости. Содержится как в крови, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках он представлен солями К₂НРО₄ и КН₂РО₄, а в плазме крови и в межклеточной жидкости Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄. Функционирует в основном в плазме и включает: дигидрофосфат ион Н₂РО₄^— и гидрофосфат ион НРО₄^2-.Отношение [HPO₄^2- ]/[H₂PO₄^—] в плазме крови (при рН = 7,4) равно 4 : 1. Следовательно, эта система имеет буферную ёмкость по кислоте больше, чем по основанию. Например, при увеличении концентрации катионов Н+ во внутриклеточной жидкости, например, в результате переработки мясной пищи, происходит их нейтрализация ионами НРО₄^2- :
Н ₊ + НРО₄^2- ↔ Н₂РО₄^1-
Образующийся избыточный дигидрофосфат выводится почками, что приводит к снижению величины рН мочи.
При увеличении концентрации оснований в организме, например при употреблении растительной пищи, они нейтрализуются ионами Н₂РО₄^1-:
ОН ‾ + Н₂РО₄^1- ↔ НРО₄^2- + Н₂О
Образующийся избыточный гидрофосфат выводится почками, при этом рН мочи повышается.
Выведение тех или иных компонентов фосфатной буферной системы с мочой, в зависимости от перерабатываемой пищи, объясняет широкий интервал значений рН мочи – от 4,8 до 7,5. Фосфатная буферная система крови характеризуется меньшей буферной ёмкостью, чем гидрокарбонатная, из-за малой концентрации компонентов крови.
Белковый буфер составляет 5 % буферной ёмкости. Он состоит из белка-кислоты и его соли, образованной сильным основанием.
Pt – COOH — белок-кислота
Pt – COONa – белок-соль
При образовании в организме сильных кислот они взаимодействуют с солью белка. При этом получается эквивалентное количество белок-кислоты: НС1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl. По закону разбавления В.Оствальда увеличение концентрации слабого электролита уменьшает его диссоциацию, рН практически не меняется.
При увеличении щелочных продуктов они взаимодействуют с
Pt-СООН: NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + h3O
Количество кислоты уменьшается. Однако концентрация ионов Н+ увеличивается за счет потенциальной кислотности белок-кислоты, поэтому практически рН не меняется. Белок – это амфотерный электролит и поэтому проявляет собственное буферное действие.
В норме рН крови соответствует 7,36, т. е. реакция слабоосновная. Колебания величины рН крови крайне незначительны. Так, в условиях покоя рН артериальной крови соответствует 7,4, а венозной — 7,34. В клетках и тканях рН достигает 7,2 и даже 7,0, что зависит от образования в них в процессе обмена веществ «кислых» продуктов метаболизма. При различных физиологических состояниях рН крови может изменяться как в кислую (до 7,3), так и в щелочную (до 7,5) сторону.
22. Понятие о кислотно-основном состоянии организма: определение, значение для процессов жизнедеятельности, щелочной резерв крови (%, ммоль/л).
Под кислотно-основным состоянием (КОС) подразумевается соотношение концентраций водородных (Н+) и гидроксильных (ОН) ионов в биологических средах. Необходимым условием существования живого организма является поддержание постоянства этого параметра внутренней среды. КОС имеет первостепенное значение, так как:
· Ионы Н+ являются катализаторами многих биохимических превращений;
· Ферменты и гормоны проявляют биологическую активность при строго определённых значениях рН;
· Наибольшие изменения концентрации ионов Н+ крови и межтканевой жидкости влияют на величину их осмотического давления.
· Отклонение рН крови (7,4) на 0,3 ед. может привести к коматозному состоянию, отклонение на 0,4 ед. может повлечь смертельный исход. рН слюны равное 5 ед. приводит к развитию кариеса.
К основным показателям КОС относят рН крови, парциальное давление СО2, щелочной баланс крови. В норме рН крови равно 7,4. Смещение рН в сторону увеличения называется алкалозом, а в сторону уменьшения – ацидозом. Парциальное давление СО2 в норме составляет 40 мм рт.ст. Снижение этого показателя наблюдается при дыхательном алкалозе и метаболическом ацидозе. Повышение давления СО2 отмечается при дыхательном ацидозе и метаболическом алкалозе.
Щелочной резерв крови — показатель функциональных возможностей буферной системы крови, численно совпадает с концентрацией бикарбонатного аниона (НСО₃^— ) при фактическом состоянии плазмы артериальной крови в кровеносном русле. В физиологических условиях равен 22-25 ммоль/л. Другое определение щелочного резерва крови — способность циркулирующей крови связывать CO₂. Она вычисляется в условиях уравновешивания плазмы крови при P(CO₂)=40 mm Hg: определяется общее количество CO₂, из которого вычитают количество физически растворённого CO₂ в исследуемой сыворотке крови. Величина выражается в объёмных процентах CO₂ (в мл CO₂ на 100 мл плазмы), в норме у человека составляет 50—65 об.% CO2. Понятие щелочного резерва крови тесно связано с работой гемоглобиновой буферной системы организма, способствующей поддержанию уровня pH циркулирующей крови в физиологических пределах. Уменьшение щелочности свидетельствует об уменьшении содержания бикарбонатов в организме, а увеличение её – об увеличении их.
Буферная сила — Справочник химика 21
Буферная сила — сопротивление буферных растворов, оказываемое действию щелочей и кислот. Если при добавлении одного и того же количества сильной кислоты [Н+] одного буферного раствора изменяется меньше, чем [Н+] другого буферного раствора, то первая смесь обладает большой буферной силой. Например имеются два буферных раствора ацетатный (1 н. раствор СНзСООН+1 н. раствор Hs OONa) и формиатный (0,1 и. раствор НСООН+ 0,02 н. раствор H OONa). Рассмотрим, как изменится [Н+] этих буферных растворов при добавлении к ним [c.129]
Степень удерживания образца снижается с увеличением ионной силы подвижной фазы и увеличивается с увеличением ионообменной емкости сорбента. Ионная сила подвижной фазы возрастает при возрастании концентрации буфера и сохранении неизменным pH или при добавлении соли. Важна также концентрация буферных растворов, так как в растворе наблюдается конкуренция между ионами образца и буфера. Уменьшение концентрации буферного раствора увеличивает сродство смолы к образцу, что приводит к увеличению времени удерживания. Концентрация буферного раствора колеблется от 0,001 до 6 моль/л, причем верхняя граница определяется растворимостью соли, используемой в качестве буфера, а нижняя — самой буферной силой, так как в слабом буферном растворе нельзя контролировать уровень pH. Сильных буферных растворов также следует избегать, так как возможно выпадение осадка и забивание колонок. Сила растворителя зависит от типа противоиона, причем степень удерживания образца увеличивается в ряду, обратном ряду активности ионов, приведенному выше. [c.36]
Однако при добавлении определенного количества кислоты или щелочи к буферным растворам величина [Н+] может несколько измениться, причем для различных буферных смесей буферное действие неодинаково. Следовательно, буферные смеси можно различать по способности оказывать сопротивление действию кислот и щелочей, вводимых в раствор в одинаковых количествах и опре деленной концентрации. Эту сопротивляемость буферных смесей называют буферной силой. [c.48]
Если pH одного буферного раствора изменяется при добавлении сильной кислоты меньше, чем pH другого буферного раствора при добавлении того же количества кислоты, то мы говорим, что первая смесь обладает большей буферной силой. [c. 48]
Общие характеристики буферных растворов. При добавлении больших количеств сильных кислот или оснований pH буферных растворов меняется. При этом в зависимости от состава раствора и его концентрации изменение величины pH неодинаково. Для характеристики сопротивляемости буферного раствора изменению pH при добавлении сильных кислот и сильных оснований введены две величины буферная емкость и буферная сила. Количество грамм-эквивалентов сильной кислоты или основания, добавление которых к литру буферного раствора вызывает сдвиг его pH на единицу, называют буферной емкостью. [c.135]

Следовательно, обе буферные смеси, отличающиеся по составу, различаются буферной силой. [c.89]
Пример показывает, что концентрация водородных ионов о прибавления сильной кислоты к формиатному буферному раствор увеличивается в большей степени, чем в ацетатном. Два рассмот ренных буферных раствора обладают различной буферной сило [c. 130]
Для достижения и поддержания равновесия в природе существуют две мощные буферные силы, которые в некотором смысле уравновешивают друг друга. Это присущая организмам высокая способность к размножению и зависящие от плотности реакции, ограничивающие воспроизводство, причем их наиболее типичным выражением являются межвидовая и внутривидовая борьба. Подавляющие факторы любой данной среды представлены многими силами, противодействующими росту популяции, но те подавляющие силы, которые действуют независимо от плотности, не обладают какими-либо свойствами в виде чувствительной буферности, параллельной высокой буферной способности к воспроизводству, т. е. они не играют никакой особой роли в качестве механизма регулирования. [c.67]
Следовательно, эти две буферные силы начинают действовать, когда условия внешней среды, включая плотность популяций, изменяются, причем высокая репродуктивная способность обычно наблюдается при низкой плотности, а высокая смертность или низкая рождаемость вследствие причин, обусловленных возрастающей плотностью, приобретают все большее значение с увеличением плотности и приближением ее к фактическому или потенциальному максимуму. Наконец, при полном насыщении среды с данной емкостью общее сопротивление росту популяции автоматически достигает уровня, обеспечивающего уравновешивание смертности и рождаемости. Поскольку мы рассматриваем характер использования имеющихся местообитаний и устранение избытка организмов (см. рис. 2 в главе 3) как некоторую функцию плотности, то должен существовать но меньшей мере один компонент подавляющих сил среды, зависяш 1Й от плотности. Нет никакой необходимости, чтобы все факторы сопротивления или подавления внешней среды действовали таким же образом для создания равновесия популяции, так как для этого достаточно действия по крайней мере одного фактора. Мы можем назвать такого рода действие зависящим от плотности популяций [1849], реакцией, обусловленной плотностью [1461, 1465] или подавлением, обусловленным увеличением плотности [1018]. Мы определяем этот фактор, этот регулирующий механизм или зависящее от плотности [c.67]
Буферной силой называется относительное изменение, по сравнению со стандартным, pH различных буферных растворов при добавлении к ним одинаковых объемов сильных кислот или сильных оснований. Для измерения буферной силы выбирают какой-либо буферный раствор в качестве стандарта и определяют изменение АрН в нем при добавлении определенного количества сильной кислоты или сильного основания. Берут такой же объем раствора исследуемого буфера той же концентрации, добавляют к нему такое же количество кислоты или основания и определяют изменение АрНг раствора. Отношение ЛрН1/АрН2 представляет собой буферную силу изучаемого раствора по отношению к стандартному. Рассмотрим факторы, влияющие на буферную силу раствора. Концентрация ионов Н+ и ОН- в буферных растворах определяется формулами (V. 73), (У.74) и (У.80), ( .81). Так как концентрации стандартного и испытуемого растворов одинаковы, то соотношения Скисл/Ссопь и Сосн /Ссоль для них изменяются одинаково. Следовательно, различие в АрН у сопоставляемых растворов связано с неодинаковым значением констант диссоциации кислот или оснований. Таким образом, буферная сила зависит от констант диссоциации слабых кислот или оснований стандартного и испытуемого растворов. [c.136]
Теоретически существуют два общих метода элюции белков-(не считая аффинной элюции, разд. 4.4) а) изменение pH буфера до величины, при которой связывание белка с адсорбентом ослабевает для анионообменников используют более низкие значения pH, а для катионообменников — более высокие б) повышение ионной силы, что вызывает ослабление электростатического взаимодействия между белком и адсорбентом. На практике метод а не всегда дает хорошие результаты. Это объясняется тем, что цри недостаточно высокой буферной емкости резкое и значительное изменение pH по мере элюции белков приводит к плохому разделению индивидуальных компонентов. При-низкой ионной силе буферная емкость должна быть низкой, и попытка изменить значение pH, используя градиент pH, оказывается тщетной из-за буферной силы белков, адсорбированных на колонке, а в случае использования ДЭАЭ-адсорбентов— из-за буферных свойств самого адсорбента. Типичный результат показан на рис. 4.12. Градиент pH может быть успешно использован только тогда, когда интересующие нас белки первыми и очень прочно адсорбируются на ионообменнике. В этом случае можно использовать сильное забуферивание растворов при ионной силе 0,1 и больше. В одной из работ [29] была предложена схема получения сильных буферных градиентов pH при постоянной ионной силе. [c.113]

Как был приготовлен этот буфер Доводился ли 50 мМ. Ка-аце-тат до pH 5,0 уксусной кислотой или НС1 Описания состава буферов не всегда ясны. Насколько это важно Для ионообменной хроматографии в равной степени важны как ионная сила, так и pH, поэтому состав буфера должен быть четко указан. С другой стороны, если величина pH указана правильно, то буферная сила и состав буфера иногда не имеют большого значения. Даже природа компонентов буфера не должна иметь значения. Буфер другого состава может оказаться вполне пригодным, при условии что он имеет то же самое значение р/Со. что и указанный в методике буфер. Это существенно в том случае, если предлагаемый буфер имеет какой-то необычный состав или труднодоступен. Так, например, какодилат был в значительной степени вытеснен К-морфолиноэтансульфонатом (МЭС). N-Этилмopфoлин (рКа 7,7) лишь в редких случаях более предпочтителен, чем трис (рКа 8,1) или триэтаноламин (р/(а 7,8). Днэтилбарбитурат, называвшийся в более ранних работах вероналом (р/Са 8,0, п = — 1), также сейчас используется нечасто. Его лучше заменить трицином, если необходим анионный компонент буфера. Следует помнить, что некоторые буферы образуют комплексы с ионами металлов, и это может повлиять на стабильность фермента (см. разд. 6.1). Уже упоминалось о том, что нужно указывать не только значение pH буферного раствора, но и температуру, при которой измеряли pH, и, хотя авторы часто пишут все операции выполнялись при 4°С , — наверняка в большинстве случаев значения pH буферов устанавливались при комнатной температуре. [c.275]
Буферная сила — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Буферная сила
Cтраница 1
Буферная сила — сопротивление буферных растворов, оказывг емое действию щелочей и кислот. [1]
Буферная сила — сопротивление буферных растворов, оказьь ваемое действию щелочей и кислот. Рассмотрим, как изменится [ Н ] этих буферных растворов при добавлении к ним 0 01 моля сильной кислоты. [2]
Буферной силой называется относительное изменение, по сравнению со стандартным, рН различных буферных растворов при добавлении к ним одинаковых объемов сильных кислот или сильных оснований. Для измерения буферной силы выбирают какой-либо буферный раствор в качестве стандарта и определяют изменение ApHi в нем при добавлении определенного количества сильной кислоты или сильного основания. Берут такой же объем раствора исследуемого буфера той же концентрации, добавляют к нему такое же количество кислоты или основания и определяют изменение АрН2 раствора. Отношение ApHi / Aph3 представляет собой буферную силу изучаемого раствора по отношению к стандартному. Рассмотрим факторы, влияющие на буферную силу раствора. [3]
Таким образом, буферная сила зависит от констант диссоциации слабых кислот или оснований стандартного и испытуемого растворов. [4]
Следовательно, обе буферные смеси, отличающиеся по составу, различаются буферной силой. [6]
Если рН одного буферного раствора изменяется при добавлении сильной кислоты меньше, чем рН другого буферного раствора при добавлении того же количества кислоты, то мы говорим, что первая смесь обладает большей буферной силой. [7]
Если величина [ Н ] одного буферного раствора изменяется при добавлении сильной кислоты меньше, чем величина [ Н ] другого буферного раствора при добавлении того же количества кислоты, то мы говорим, что первая смесь обладает большей буферной силой. [8]
Буферная сила раствора как любая относительная величина меняется в зависимости от выбранного стандарта. [9]
Буферной силой называется относительное изменение, по сравнению со стандартным, рН различных буферных растворов при добавлении к ним одинаковых объемов сильных кислот или сильных оснований. Для измерения буферной силы выбирают какой-либо буферный раствор в качестве стандарта и определяют изменение ApHi в нем при добавлении определенного количества сильной кислоты или сильного основания. Берут такой же объем раствора исследуемого буфера той же концентрации, добавляют к нему такое же количество кислоты или основания и определяют изменение АрН2 раствора. Отношение ApHi / Aph3 представляет собой буферную силу изучаемого раствора по отношению к стандартному. Рассмотрим факторы, влияющие на буферную силу раствора. [10]
Вышеизложенное говорит о том, что популяции присуще важнейшее свойство — саморегуляция. Она осуществляется действующими в природе двумя взаимно уравновешивающимися буферными силами: способностью к размножению и зависящей от плотности популяции реакции, напротив, ограничивающей воспроизводство. [11]
Однако при добавлении определенного количества кислоты или щелочи к буферным растворам величина [ Н ] может несколько измениться, причем для различных буферных смесей буферное действие неодинаково. Эту сопротивляемость буферных смесей называют буферной силой. [12]
При добавлении определенного количества кислоты или щелочи к буферным растворам величина [ Н ] может несколько измениться, причем для различных буферных смесей, отличающихся друг от друга по составу, буферное действие неодинаково. Эту сопротивляемость буферных смесей называют буферной силой. [13]
Буферной силой называется относительное изменение, по сравнению со стандартным, рН различных буферных растворов при добавлении к ним одинаковых объемов сильных кислот или сильных оснований. Для измерения буферной силы выбирают какой-либо буферный раствор в качестве стандарта и определяют изменение ApHi в нем при добавлении определенного количества сильной кислоты или сильного основания. Берут такой же объем раствора исследуемого буфера той же концентрации, добавляют к нему такое же количество кислоты или основания и определяют изменение АрН2 раствора. Отношение ApHi / Aph3 представляет собой буферную силу изучаемого раствора по отношению к стандартному. Рассмотрим факторы, влияющие на буферную силу раствора. [14]
При добавлении больших количеств сильных кислот или оснований рН буферных растворов меняется. При этом в зависимости от состава раствора и его концентрации изменение величины рН неодинаково. Для характеристики сопротивляемости буферного раствора изменению рН при добавлении сильных кислот и сильных оснований введены две величины: буферная емкость и буферная сила. Количество грамм-эквивалентов сильной кислоты или основания, добавление которых к литру буферного раствора вызывает сдвиг его рН на единицу, называют буферной емкостью. [15]
Страницы: 1 2
Buffer Effectiveness | Protocol (Translated to Russian)
16.5: Эффективность буфера
Буферные растворы не имеют неограниченной емкости для поддержания уровня pH относительно постоянным . Вместо этого способность буферного раствор противостоять изменениям pH зависит от наличия заметных количеств его сопряженной слабой кислотно-основная пары. При добавлении достаточного количества сильной кислоты или основание для существенного снижения концентрации любого из членов буферной пары буферная операция в буферной системе раствор будет нарушена.
Буферная емкость – это количество кислоты или основание, которое можно добавить в заданный объем буферного раствор до значительного изменения pH, обычно за одну единицу. Буферная емкость зависит от количества слабой кислоты и ее конъюгатной основание, которые находятся в буферной смеси. Например, 1 л раствор, который составляет 1.0 м в уксусной кислоте и 1.0 м в ацетате натрия, имеет большую буферную емкость, чем 1 л раствор, что составляет 0.10 м в уксусной кислоте и 0.10 м в ацетате натрия, хотя оба раствора имеют одинаковый pH. Первый раствор обладает большей буферной емкостью, поскольку содержит больше уксусной кислоты и ацетатного иона.
Выбор подходящих буферных смесей
Существует два полезных правила выбора буферных смесей:
Хорошая буферная смесь должна иметь примерно одинаковую концентрацию обоих компонентов. Буфер раствор обычно утратил свою полезность, когда один компонент пары буфера составляет менее 10% от другого.
Слабые кислоты и их соли лучше буферов для ПГс меньше 7; слабые основания и их соли лучше буферов для ПГс больше 7.
Кровь является важным примером буферизованного раствор, основной кислотой и ионом, ответственным за буферизацию, является углекислая кислота, h3CO₃_{и бикарбонат ион, HCO₃^—. При поступлении в кровоток ионов гидрония он удаляется в первую очередь в результате реакции:}
Добавленный гидроксид ион удаляется в результате реакции:
Таким образом, добавленная сильная кислота или основание эффективно преобразуется в гораздо более слабую кислоту или основание буферной пары (h4O_{⁺ преобразуется в h3CO₃_{и OH^— преобразуется в HCO₃^—). Таким образом, pH человеческой крови остается очень близким к значению, определяемой буферными парами pKa_{, в данном случае, 7.35. Нормальные изменения pH крови обычно меньше 0.1, и изменения pH 0.4 или больше, вероятно, будут фатальными.}}}
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 14.6: Буферы.
— быстрая компенсация — Биохимия
Буферные системы
Буферные системы – это соединения, противодействующие резким изменениям концентрации ионов Н⁺. Любая буферная система — это кислотно-основная пара: слабое основание (анион, А^–) и слабая кислота (Н-Анион, H-А). Они минимизируют сдвиги количества ионов Н⁺ в растворе за счет их связывания с анионом и включения в плохо диссоциирующее соединение – в слабую кислоту. Поэтому общее количество ионов Н⁺ изменяется не так заметно, как это могло бы быть.
Существует три буферные системы жидкостей организма – бикарбонатная, фосфатная, белковая (включая гемоглобиновую).Они вступают в действие моментально и через несколько минут их эффект достигает максимума возможного.
Фосфатная буферная система
Фосфатная буферная система составляет около 2% от всей буферной емкости крови и до 50% буферной емкости мочи. Она образована гидрофосфатом (HPO₄^2–) и дигидрофосфатом (H₂PO₄^–). Дигидрофосфат слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, гидрофосфат обладает щелочными свойствами. В норме отношение HРO₄^2– к H₂РO₄^– равно 4 : 1.
При взаимодействии кислот (ионов Н⁺) с двузамещенным фосфатом (HPO₄^2‑) образуется дигидрофосфат (H₂PO₄^–):
Удаление ионов H
⁺ фосфатным буфером
В результате концентрация ионов Н⁺понижается.
При поступлении в кровь оснований (избыток ОН^–‑групп) они нейтрализуются поступающими в плазму от H₂PO₄^–ионами Н⁺:
Удаление щелочных эквивалентов фосфатным буфером
Роль фосфатного буфера особенно высока во внутриклеточном пространстве и в просвете почечных канальцев. Кислотно-основная реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата (h3PO4–), т.к. бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется.
Бикарбонатная буферная система
Эта система самая мощная, на ее долю приходится 65% всей буферной мощности крови. Она состоит из бикарбонат-иона (НСО₃^–) и угольной кислоты (Н₂СО₃). В норме отношение HCO₃^– к H₂CO₃ равно 20 : 1.
При поступлении в кровь ионов H⁺ (т.е. кислоты) ионы бикарбоната натрия взаимодействуют с ней и образуется угольная кислота:
При работе бикарбонатной системы концентрация водородных ионов понижается, т.к. угольная кислота является очень слабой кислотой и плохо диссоциирует. При этом в крови не происходит параллельного значимого увеличения концентрации НСО₃^–.
Если в кровь поступают вещества с щелочными свойствами, то они реагируют с угольной кислотой и образуют ионы бикарбоната:
Работа бикарбонатного буфера неразрывно связана с дыхательной системой (с вентиляцией легких). В легочных артериолах при снижении плазменной концентрации СО₂ и благодаря присутствию в эритроцитах фермента карбоангидразы угольная кислота быстро расщепляется с образованием CO₂, удаляемого с выдыхаемым воздухом:
Н₂СО₃→ Н₂О + СО₂↑
Кроме эритроцитов, значительная активность карбоангидразы отмечена в эпителии почечных канальцев, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников и клетках печени, в незначительных количествах – в центральной нервной системе, поджелудочной железе и других органах.
Белковая буферная система
Белки плазмы, в первую очередь альбумин, играют роль буфера благодаря своим амфотерным свойствам. Их вклад в буферизацию плазмы крови около 5%.
В кислой среде подавляется диссоциация СООН‑групп аминокислотных радикалов (в аспарагиновой и глутаминовой кислотах), а группы NH₂ (в аргинине и лизине) связывают избыток Н⁺. При этом белок заряжается положительно.
В щелочной среде усиливается диссоциация COOH‑групп, поступающие в плазму ионы Н⁺связывают избыток ОН^–‑ионов и pH сохраняется. Белки в данном случае выступают как кислоты и заряжаются отрицательно.
Изменение заряда буферных групп белка при различных рН
Гемоглобиновая буферная система
Высокой мощностью в крови обладает гемоглобиновый буфер, на него приходится до 28% всей буферной емкости крови. В качестве кислой части буфера выступает оксигенированный гемоглобин H‑HbO2. Он имеет выраженные кислотные свойства и в 80 раз легче отдает ионы водорода, чем восстановленный Н‑Нb, выступающий как основание. Гемоглобиновый буфер можно рассматривать как часть белкового, но его особенностью является работа в теснейшем контакте с бикарбонатной системой.
Изменение кислотности гемоглобина происходит в тканях и в легких, и вызывается связыванием соответственно H⁺или О₂. Непосредственный механизм действия буфера заключается в присоединении или отдаче иона H⁺остатком гистидина в глобиновой части молекулы (эффект Бора).
В тканях более кислый pH в норме является результатом накопления минеральных (угольной, серной, соляной) и органических кислот (молочной). При компенсации pH данным буфером ионы H⁺ присоединяются к пришедшему оксигемоглобину (HbО₂) и превращают его в H‑HbО₂. Это моментально вызывает отдачу оксигемоглобином кислорода (эффект Бора) и он превращается в восстановленный H‑Hb.
НbO₂+ Н⁺ → [H-HbO₂] → Н-Hb + O₂
В результате снижается количество кислот, в первую очередь Н₂СО₃, продуцируются ионы НСО₃^‑ и тканевое пространство подщелачивается.
В легких после удаления СО₂ (угольной кислоты) происходит защелачивание крови. При этом присоединение О₂ к дезоксигемоглобину H-Hb образует кислоту более сильную, чем угольная. Она отдает свои ионы Н⁺ в среду, предотвращая повышение рН:
Н-Hb + O₂ → [H-HbO₂] → НbO₂ + Н⁺
Работу гемоглобинового буфера рассматривают неотрывно от бикарбонатного буфера:
Лаборатория фармацевтики и рецептур
Буферы и емкость буфера
Буферы — это соединения, устойчивые к изменениям pH при добавлении ограниченного количества кислот или оснований. Буферные системы обычно состоят из слабой кислоты или основания и их сопряженной соли. Компоненты действуют таким образом, что добавление кислоты или основания приводит к получению состава соли, вызывающей лишь небольшое изменение pH.
pH буферной системы определяется уравнением Хендерсона-Хассельбаха:
(для слабой кислоты и ее соли)
(для слабого основания и его соли)
где [соль], [кислота] и [основание] — это молярные концентрации соли, кислота и основание.
Объем буфера — мера эффективности буфера в сопротивлении изменениям pH. Условно буферная емкость () выражается как количество сильной кислоты или основания в граммах-эквивалентах, которое необходимо добавить к 1 литр раствора, чтобы изменить его pH на единицу.
Рассчитайте буферную емкость как:
= граммовый эквивалент сильной кислоты / основания для изменения pH 1 литра буферного раствора
= изменение pH вызвано добавлением сильной кислоты / основания
На практике измеряются меньшие изменения pH, а буферная емкость количественно определяется. выражается как отношение кислоты или основания, добавленных к произведенному изменению pH (например,грамм., mEq./pH для x объема). Емкость буфера существенно зависит от 2 факторов:
Отношение соли к кислоте или основанию. Буферная емкость оптимальна, когда соотношение 1: 1; то есть, когда pH = pKa
Общая концентрация буфера. Например, потребуется больше кислоты или основания. для истощения 0,5 М буфера, чем 0,05 М буфера.
Дана зависимость между буферной емкостью и концентрацией буфера. по уравнению Ван Слайка:
где C = общая концентрация буфера (т.е.е. сумма молярных концентраций кислоты и соли).
Так же, как мы часто должны идти на компромисс с оптимальным pH для продукта, мы должны идти на компромисс. от оптимальной буферной емкости нашего раствора. С одной стороны, буферная емкость должен быть достаточно большим, чтобы поддерживать pH продукта в течение достаточно длительного срока хранения. Изменения pH продукта могут быть результатом взаимодействия компонентов раствора с друг с другом или с упаковкой продукта (стеклянная, пластиковая, резиновая заглушка и т. д.). С другой стороны, буферная емкость офтальмологических и парентеральных продуктов должен быть достаточно низким, чтобы можно было быстро перенастроить продукт на физиологические pH при введении.PH, химическая природа и объем раствора. должны быть приняты во внимание все. Емкость буфера от 0,01 — 0,1 обычно достаточно для большинства фармацевтических растворов.
Объем буфера
Какие факторы определяют эффективность (или емкость) буфера?
Цель буфера — поддерживать pH раствора в узком диапазоне. При этом соотношение [A ^—] / [HA] влияет на pH раствора, фактические концентрации A ^— и HA влияют на эффективность буфер.
Чем больше доступно молекул A ^— и HA, тем меньший эффект будет иметь добавление сильной кислоты или основания. от pH системы. Рассмотрите возможность добавления сильной кислоты, такой как HCl. Первоначально HCl отдает свой протон слабое основание (A ^—) по реакции A ^— + HCl → HA + Cl ^—. Это изменяет pH на уменьшение отношения [A ^—] / [HA], но пока присутствует много A ^—, изменение pH будет небольшим.Но если мы будем продолжать добавлять HCl, слабое основание A ^— в конечном итоге закончится. Однажды A ^— больше нет, любая дополнительная HCl будет отдавать свой протон воде (HCl + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + Cl ^—). Это резко увеличит концентрацию [H ⁺] и поэтому pH падает.
Мы называем это «разрушением буферного раствора», и мы называем количество кислоты, которое буфер может поглотить, прежде чем он разрушит «буферная емкость для добавления сильной кислоты».Раствор с более слабым основанием, [A ^—], имеет больший буфер. емкость для добавления сильной кислоты.
Точно так же буфер разрушается, когда количество добавленного сильного основания настолько велико, что поглощается вся слабая кислота, через реакцию HA + OH ^— → A ^— + H ₂ O. Раствор с более слабой кислотой, [HA], имеет более высокая буферная емкость для добавления сильного основания.
Таким образом, хотя pH буфера определяется только соотношением [A ^—] / [HA], способность буфера к абсорбция сильной кислоты или основания определяется индивидуальными концентрациями [A ^—] и [HA].
Для дополнительной практики с концепцией буферной емкости попробуйте следующий наставник.
На следующих двух страницах вы найдете больше практических задач.
8,9 Буферная емкость и диапазон буферов
Пример 1: HF буфер
В этом примере мы продолжим использовать буфер плавиковой кислоты. Мы обсудим процесс приготовления буфера HF при pH 3,0. Мы можем использовать приближение Хендерсона-Хассельбаха для вычисления необходимого отношения F ^— и HF.{-0,18} \]
\ [\ dfrac {[Основание]} {[Кислота]} = 0,66 \]
Это просто соотношение концентраций конъюгата основания и конъюгированной кислоты, которые нам понадобятся в нашем растворе. Однако что, если у нас есть 100 мл 1 M HF и мы хотим приготовить буфер с использованием NaF? Сколько фторида натрия нам нужно добавить, чтобы создать буфер с указанным pH (3,0)?
Из наших расчетов Хендерсона-Хассельбала мы знаем, что соотношение основание / кислота должно быть равно 0,66. Из таблицы молярных масс, такой как таблица Менделеева, мы можем вычислить молярную массу NaF, равную 41.+ _ {(aq)} \]
Мы могли бы использовать таблицы ICE для расчета концентрации F ^— от диссоциации HF, но, поскольку K _a настолько мал, мы можем приблизительно рассчитать, что практически весь HF останется недиссоциированным, поэтому количество F ^— в растворе от диссоциации HF будет незначительным. Таким образом, [HF] составляет около 1 M, а [F ^—] близко к 0. Это будет особенно верно после того, как мы добавим еще F ^—, добавление которого еще больше подавит диссоциацию HF. .
Мы хотим, чтобы соотношение Основание / Кислота составляло 0,66, поэтому нам потребуется [Основание] / 1M = 0,66. Таким образом, [F ^—] должно быть около 0,66 М. Тогда на 100 мл раствора нам нужно добавить 0,066 моль (0,1 л x 0,66 М) F ^—. Поскольку мы добавляем NaF в качестве источника F ^— и поскольку NaF полностью диссоциирует в воде, нам необходимо 0,066 моль NaF. Таким образом, 0,066 моль x 41,99 г / моль = 2,767 г.
Обратите внимание на то, что, поскольку конъюгированная кислота и конъюгат основания смешиваются с одним и тем же объемом раствора в буфере, соотношение «Основание / Кислота» остается таким же, независимо от того, используем ли мы соотношение «концентрация основания к концентрации кислота, «ИЛИ отношение» моль основания к молям кислоты.«Оказывается, pH раствора не зависит от объема! (Это верно только до тех пор, пока раствор не становится настолько разбавленным, что автоионизация воды становится важным источником H ⁺ или OH ^{. —}. Однако такие разбавленные растворы редко используются в качестве буферов.)
физическая химия — Как температура влияет на буферную емкость?
Математически
Для буферного раствора, содержащего слабую кислоту и ее соль с сильным основанием, буферная емкость определяется выражением $$ \ mathrm {\ beta = 2.{\ frac {- \ Delta H_ {самоион, вода}} {RT}}} $.
Дифференциация $$ \ mathrm {\ beta = 2.303 (K_a + \ frac {K_w} {K_a} + \ frac {C_ {buff}} {4})} $$ температурой и замена значений $ \ mathrm {\ Delta H_ {ionization, acid}} $ и $ \ mathrm {\ Delta H_ {self-ionization, water}} $, для большинства кислот мы получаем такой график: Она увеличивается до определенной температуры, в зависимости от кислоты, а затем начинает уменьшаться.
Экспериментальные наблюдения
Варианты для родственных гистидину аминокислот показаны ниже:
Для получения дополнительной информации прочтите: Влияние температуры на буферную способность соединений, связанных с гистидином, и скелетных мышц рыб ^[1] .
Артикул:
[1]: Abe, H .; Окума, Э. Влияние температуры на буферную способность соединений, связанных с гистидином, и скелетных мышц рыб. Nippon Suisan Gakkai Shi 1991 , 57 (11), 2101–2107.
Буферная емкость
| Программа REEL химии ОГУ
Буферная емкость
Буферная емкость количественно определяет способность раствора противостоять изменениям pH за счет абсорбции или десорбции ионов H + и OH-.Когда кислота или основание добавляются в буферную систему, влияние на изменение pH может быть большим или небольшим, в зависимости как от начального pH, так и от способности буфера сопротивляться изменению pH. Буферная емкость (β) определяется как количество молей кислоты или основания, необходимое для изменения pH раствора на 1, деленное на изменение pH и объем буфера в литрах; это безразмерное число. Буфер сопротивляется изменениям pH из-за добавления кислоты или основания через расход буфера. Пока буфер не прореагировал полностью, pH не изменится кардинально.Изменение pH будет увеличиваться (или уменьшаться) более резко по мере истощения буфера: он становится менее устойчивым к изменениям.
Расчет емкости буфера
Емкость буфера определяется титрованием, методом, при котором к аналиту неизвестной концентрации добавляют известный объем и концентрацию основания или кислоты (рис. 2). В анализе, выполняемом классом Chemistry 221, для отслеживания изменения pH использовался регистратор данных PASCO Xplorer GLX с pH-электродом.При определении буферной емкости с помощью эксперимента по титрованию плоская область кривой титрования перед точкой эквивалентности является буферной областью (рис. 3). За пределами буферной области pH резко изменяется вблизи точки эквивалентности. В лабораторных условиях буферный раствор может быть создан путем смешивания слабой кислоты с ее конъюгированным основанием. Ионы, естественно присутствующие в реках, являются буферными компонентами, которые позволяют pH воды оставаться стабильным с течением времени. Буферная емкость речной воды очень важна, обычно требуя узких диапазонов pH, которые имеют решающее значение для выживания большинства организмов.Если буферная емкость речной воды слишком мала или pH воды выходит за пределы буферного диапазона, это может быть смертельным для экосистемы реки. По словам Ван Вурена, буферная емкость может использоваться при анализе проб воды для определения качества воды (2001).
Резюме
Буферная емкость — это количественная мера устойчивости к изменению pH при добавлении ионов H + или OH-. Для речной воды важно поддерживать стабильный уровень pH, чтобы местные экосистемы сохранялись для процветания Колумба.
Ссылки:
Harris, Daniel C. Количественный химический анализ. (7-е изд.). В. Х. Фриман и компания. 2007.
Харрис, Джастин. Приготовление буферов и измерение буферной емкости. Кармен Вики. Государственный университет Огайо. 18.11.11. Получено из attachments / 26518655 / Buffer + Lab.pdf? Version = 1 & modifyDate = 1301198124224>.
Vooren, L. Van, Steene, LM. Ван Де, Оттой, Ж.-П., и Ванроллегхем, П.А. (2001). Автоматическое построение модели буферной емкости для мониторинга качества воды.18.11.11. Получено с сайта .
Йонг, Р.Н., Варкентин, Б.П., Падунгчевит, Ю., и Гальвез, Р. (1990, 24 сентября). Буферная емкость и удержание свинца в глиняных материалах. 18.11.11. Получено с сайта .
Авторы материалов этого раздела: Паркер Брамфилд, Амелия Хестон, Мейка Трэвис и Ребекка Хейз; Кристофер Лопес, Джон Ратерман и Эммануэль О,
факторов, влияющих на буферную емкость — Solution Pharmacy
Объем буфера:
Буферная емкость — это количественная мера эффективности буфера по сопротивлению изменениям pH.Его можно определить как «максимальное количество сильной кислоты или сильного основания, которое может быть добавлено до того, как произойдет значительное изменение pH. Проще говоря, буферная система может противостоять изменениям pH. Это обозначается термином индекс буфера (β).
Обычно буферная емкость выражается как количество сильной кислоты или основания в граммах-эквивалентах, которое необходимо добавить к одному литру раствора, чтобы изменить его pH на одну единицу. Математически буферная емкость выражается как:
уравнение (1)
, где ∆B — граммовый эквивалент сильной кислоты или основания, добавленного для изменения pH 1 литра буферного раствора, а ∆pH — изменение pH, вызванное добавлением сильной кислоты или основания.Практически можно измерить меньшие изменения pH. Буферная емкость количественно выражается как отношение добавленной кислоты или основания к произведенному изменению pH.
Он должен быть достаточно большим, чтобы поддерживать pH продукта в течение достаточно длительного срока хранения. Изменения pH продукта могут быть связаны с взаимодействием компонентов раствора друг с другом или с типом упаковки продукта, например, стеклянной, пластиковой, резиновой крышкой и т. Д. С другой стороны, буферная способность офтальмологических и парентеральных продуктов должна быть достаточно низким, чтобы обеспечить быстрое восстановление физиологического pH продукта при введении.Необходимо учитывать pH, химическую природу и объем вводимого раствора. Для большинства фармацевтических растворов обычно достаточно буферной емкости от 0,01 до 0,1.
Буферная емкость всегда положительна. Он выражается как нормальная концентрация (эквиваленты на литр) сильной кислоты или основания, которая изменяет pH на 1,0. Чем больше буферная емкость, тем меньше изменение pH при добавлении данного количества сильной кислоты или основания. Индексный номер буфера обычно определяется экспериментально титрованием.Например, когда 0,03 моль гидроксида натрия добавляется к 0,1 М ацетатной буферной системе, pH увеличивается с 4,76 до 5,03 при изменении на 0,27 единицы pH, Таблица 1. Следовательно, подставляя значения в уравнение (1), мы имеем;
Таблица 1: Буферная емкость растворов (при одинаковых концентрациях уксусной кислоты и ацетата натрия)
Важно помнить, что буферная емкость максимальна при добавлении наименьшего количества молей NaOH. Его повышают за счет увеличения концентрации компонентов буферной системы.Удвоение общей молярной концентрации буферной системы удвоит емкость буфера при заданном pH. Буфер также можно увеличить, используя эквимолярные концентрации кислоты (HA) и ее конъюгированного основания (A ^—). Буфер имеет наибольшую емкость, когда соотношение [соль] / [кислота] равно 1, то есть [HA] = [A ^—]. Следовательно, уравнение буфера (1) можно записать как
pH = pKa… уравнение (2)
Факторы, влияющие на буферную емкость
1.Соотношение [A ^—] / [HA]
Буферная емкость существенно зависит от отношения соли к кислоте или основанию. Фактические концентрации A ^— и HA влияют на эффективность буфера. Чем больше доступно молекул A ^— и HA, тем меньше влияние добавления сильной кислоты или основания на pH системы. Например, рассмотрите возможность добавления сильной кислоты, такой как HCl. Первоначально HCl отдает свой протон слабому основанию (A ^—) через реакцию
A ^— + HCl → HA + Cl ^—
Это изменяет pH за счет снижения отношения [A ^—] / [HA], но если присутствует много A ^—, изменение pH будет небольшим.Но если мы продолжим добавлять HCl, слабое основание A ^— будет удалено. Как только A ^— истощается, любое добавление HCl будет отдавать свой протон воде, как показано в реакции ниже.
HCl + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + Cl ^—
Это резкое увеличение [H ⁺] приводит к падению pH, называемому «разрушением буферного раствора». Количество кислоты, которое буфер может поглотить до того, как он разрушится, называется «буферной емкостью для добавления сильной кислоты».Раствор с более слабым основанием, [A ^—], имеет более высокую буферную способность для добавления сильной кислоты. Точно так же буфер может разрушиться, когда количество добавленного сильного основания настолько велико, что он потребляет всю слабую кислоту в результате реакции
HA + OH ^— → A ^— + H ₂ O
Раствор с более слабой кислотой [HA] имеет более высокую буферную емкость для добавления сильного основания. Буферная емкость оптимальна при соотношении 1: 1; это когда pH = pKa.
2. Общая концентрация буфера:
Емкость буфера зависит от общей концентрации буфера. Например, для истощения 0,5 М буфера потребуется больше кислоты или основания, чем 0,05 М буфера. Связь между буферной емкостью и концентрацией буфера определяется уравнением Ван Слайка:
уравнение (3)
, где C — общая концентрация буфера (т. Е. Сумма молярных концентраций кислоты и соли). Буферный раствор, содержащий слабую кислоту и ее соль, имеет максимальную буферную емкость
.
(β _макс.) при pH = pKa i.е. [H ₃ O ⁺] = Ка. Следовательно, подставляя [H ₃ O ⁺] вместо Ka в уравнении (3), мы получаем
уравнение (4)
3. Температура:
Буферы коммерчески доступны с широким диапазоном значений pH, и они бывают как в виде предварительно смешанных жидких веществ, так и в виде удобного сухого порошка, капсул или таблеток (для добавления в дистиллированную воду). Эти растворы содержат кислоты и основания, равновесие которых зависит от температуры. Таким образом, точный pH также является функцией температуры.Буферы, pH которых изменяется в зависимости от температуры, показаны в таблице 2. Поскольку значения pH зависят от температуры, буферные растворы необходимо поддерживать при постоянной температуре. Любое изменение температуры буфера приводит к снижению эффективности буфера. Было обнаружено, что буфер, содержащий основание и его соль, показывает большие изменения буферной емкости с температурой.
4. Ионная сила:
Ионная сила уменьшается при разбавлении. Изменение ионной силы изменяет pH буферного раствора, что приводит к снижению буферной емкости.Таким образом, всякий раз, когда упоминается pH буферного раствора, следует указывать ионную силу.
Таблица 2: Стандартные буферы : влияние температуры на pH буфера
Убедитесь, что вы также ознакомились с другой нашей замечательной статьей: Buffer Equation
Как концентрация влияет на буферную емкость? — Реабилитацияrobotics.net
Как концентрация влияет на буферную емкость?
Чем более концентрирован буферный раствор, тем больше его буферная емкость.Если буферная емкость в 10 раз больше, тогда буферный раствор может поглотить в 10 раз больше сильной кислоты или основания до того, как произойдет значительное изменение pH.
Повышение концентрации буфера увеличивает или уменьшает его буферную емкость?
Буферная емкость означает количество добавленной кислоты или основания, которое может быть нейтрализовано буфером. Он определяется концентрациями конъюгированной кислоты и конъюгированного основания. Буферная способность увеличивается по мере увеличения этих концентраций.
Как можно увеличить буферную емкость буферного раствора?
Раствор с более слабым основанием, [A-], имеет более высокую буферную способность для добавления сильной кислоты. Точно так же буфер разрушается, когда количество добавленного сильного основания настолько велико, что поглощается вся слабая кислота, в результате реакции HA + OH- → A- + h3O.
Какие факторы влияют на емкость буфера и как они влияют на активность буфера?
Буферная емкость зависит главным образом от 2 факторов: Отношение соли к кислоте или основанию.Буферная емкость оптимальна при соотношении 1: 1; то есть, когда pH = pKa. Общая концентрация буфера.
Какая максимальная буферная емкость?
Буфер обладает максимальной буферной способностью (максимальной способностью противостоять изменению pH), когда pH раствора равен pKa буфера. Буфер будет эффективен только тогда, когда pH находится в пределах единицы pH (выше или ниже) pKa.
Как рассчитать буферную емкость?
Используйте уравнение буферной емкости для расчета буферной емкости….pH = pKa + log10 ([A -] / [HA]), где:
[A-] — концентрация основания в буфере.
[HA] — концентрация кислоты в буфере.
pKa — константа диссоциации кислоты.
Какой буфер более эффективен?
Буфер наиболее эффективен, когда количества кислоты и конъюгированного основания приблизительно равны. Как правило, относительные количества кислоты и основания не должны отличаться более чем в десять раз.
Может ли слабая кислота действовать как буфер?
Слабая кислота сама по себе не является буфером, потому что не существует заметных количеств конъюгированного основания.Буферы нельзя приготовить из сильной кислоты (или сильного основания) и ее конъюгата. Это потому, что они полностью ионизируются! Важно уметь распознавать буферные растворы!
Каковы свойства буферного раствора?
Буферы. Буфер представляет собой водный раствор, содержащий слабую кислоту и ее сопряженное основание или слабое основание и ее сопряженную кислоту. PH буфера меняется очень мало, когда к нему добавляется небольшое количество сильной кислоты или основания. Он используется для предотвращения любого изменения pH раствора, независимо от растворенного вещества.
Почему NaCl не является буфером?
NaCl — соль сильной кислоты. Поскольку диссоциация сильной кислоты происходит полностью, реакция необратима. Только в случае слабой кислоты диссоциация частичная и обратимая. Только в этой ситуации изменение pH не происходит, что является свойством буфера.
Является ли буфер HF и KF?
(a) HF — слабая кислота, KF — ее соль. Следовательно, это буферная система.