:For ein individueller schwacher saurer oder schwacher Grundbestandteil, sieh Pufferungsagenten. Für den mit der Sauer-Grundchemie nicht verbundenen Gebrauch, sieh Puffer (Begriffserklärung).

Eine Pufferlösung ist eine wässrige Lösung, die aus einer Mischung einer schwachen Säure und seiner verbundenen Basis oder einer schwachen Basis und seiner verbundenen Säure besteht. Sein pH ändert sich sehr wenig, wenn ein kleiner Betrag von starker Säure oder Basis dazu hinzugefügt wird. Pufferlösungen werden als ein Mittel verwendet, pH an einem fast unveränderlichen Wert in einem großen Angebot an chemischen Anwendungen zu behalten. Viele Lebensformen gedeihen nur in einer relativ kleinen PH-Reihe, so verwerten sie eine Pufferlösung, einen unveränderlichen pH aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel einer in der Natur gefundenen Pufferlösung ist Blut.

Grundsätze der Pufferung

Pufferlösungen erreichen ihren Widerstand gegen die PH-Änderung wegen der Anwesenheit eines Gleichgewichts zwischen der Säure HA und seiner verbundenen Basis A.

:HA H + EIN

Wenn etwas starke Säure zu einer Gleichgewicht-Mischung der schwachen Säure und seiner verbundenen Basis hinzugefügt wird, wird das Gleichgewicht nach links in Übereinstimmung mit dem Grundsatz von Le Chatelier ausgewechselt. Wegen dessen haben die Wasserstoffion-Konzentrationszunahmen durch weniger als der für die Menge von starker Säure erwartete Betrag beigetragen. Ähnlich, wenn starkes Alkali zur Mischung die Wasserstoffion-Konzentrationsabnahmen durch weniger hinzugefügt wird als der Betrag, der für die Menge von hinzugefügtem Alkali erwartet ist.

Die Wirkung wird durch das vorgetäuschte Titrieren einer schwachen Säure mit pK = 4.7 illustriert. Die Verhältniskonzentration von unabgesonderter Säure wird im Blau und seiner verbundenen Basis im Rot gezeigt. Der pH ändert sich relativ langsam ins Puffergebiet, pH = pK ± 1, in den Mittelpunkt gestellt am pH = 4.7, wo sich [HA] =, aber sobald die Säure mehr als 95 % deprotonated der pH ist, viel schneller erhebt.

File:Buffer Editieren Wiki Gleichgewicht-Konzentration von Wasserstoffionen Png|The, und so wird der pH durch das Verhältnis der Konzentration von Säure bestimmt, die (HA) durch die Konzentration der verbundenen Basis (A-) geteilt ist. Gepufferte Lösungen arbeiten durch fesselnde Hydroxyd-Ionen (OH-) und das Ersetzen davon mit A-Ionen, ohne den pH bedeutsam zu ändern. Die Pufferung von Arbeiten, weil [HA] und [A-] im Vergleich zum Betrag OH - hinzugefügt groß sind. So ist die Änderung im Verhältnis [HA] zu [A-] klein, und so bleibt der End-pH in der Nähe vom Original.

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Pufferkapazität

Pufferkapazität, β, ist ein quantitatives Maß des Widerstands einer Pufferlösung der PH-Änderung auf der Hinzufügung von Hydroxyd-Ionen. Es kann wie folgt definiert werden.

:

wo dn ein unendlich kleiner Betrag der zusätzlichen Basis ist und d (p [H]) die resultierende unendlich kleine Änderung im cologarithm der Wasserstoffion-Konzentration ist. Mit dieser Definition kann die Pufferkapazität einer schwachen Säure, mit einer Trennung unveränderlicher K, als ausgedrückt werden

:

wo C die analytische Konzentration der Säure ist. pH ist - Klotz [H] ungefähr gleich.

Es gibt drei Gebiete der hohen Pufferkapazität.

• An sehr niedrigem p [H] der erste Begriff herrscht vor und β-Zunahmen im Verhältnis zur Wasserstoffion-Konzentration. Das ist der Anwesenheit oder Abwesenheit unabhängig, Agenten zu puffern, und gilt für alle Lösungsmittel.
• Im Gebiet p [H] = pK ± 2 wird der zweite Begriff wichtig, und β erhebt sich zu einem Maximum an p [H] = pK. Pufferkapazität ist zur Konzentration des Pufferungsagenten, C proportional, so haben verdünnte Lösungen wenig Pufferkapazität. Es ist auch zur sauren Trennung unveränderlich, pK (nicht K) proportional; das schwächere die Säure das größere seine Pufferungskapazität.
• An sehr hohem p [H] der dritte Begriff herrscht vor und β-Zunahmen im Verhältnis zur Hydroxyd-Ion-Konzentration. Das ist wegen der Selbstionisation von Wasser und ist der Anwesenheit oder Abwesenheit unabhängig, Agenten zu puffern.

Das Rechnen des Puffer-pH (monoprotic Säure)

Schreiben Sie zuerst den Gleichgewicht-Ausdruck nieder.

:HA + H

Die Initiale, Änderung und Gleichgewicht-Konzentrationen dieser drei Bestandteile können in einem EIS-Tisch organisiert werden.

:

Die erste Reihe, etikettiert ich, verzeichnet die anfänglichen Bedingungen: Die Konzentration von Säure ist C, am Anfang unabgesondert, so sind die Konzentrationen von A und H Null. Die zweite Reihe, etikettierter C für die Änderung, gibt die Änderungen an, die vorkommen, wenn sich die Säure abtrennt. Die saure Konzentration nimmt durch einen Betrag-x und die Konzentrationen von A und H beide Zunahme durch einen Betrag +x ab. Das folgt aus dem Gleichgewicht-Ausdruck. Die dritte Reihe, etikettierter E für Gleichgewicht-Konzentrationen, fügt zusammen die ersten zwei Reihen hinzu und zeigt die Konzentrationen am Gleichgewicht.

Um x zu finden, verwenden Sie die Formel für das unveränderliche Gleichgewicht:

:

Setzen Sie die Konzentrationen mit den in der letzten Reihe des EIS-Tisches gefundenen Werten ein:

:

Vereinfachen Sie zu:

:

Mit spezifischen Werten für C und K kann diese Gleichung für x gelöst werden. Das Annehmen, dass pH = - Klotz [H] der pH als pH =-logx berechnet werden kann.

Bemerken. Wenn ein PH-Meter mit bekannten Puffern kalibriert wird, gibt das Lesen die Wasserstoffion-Tätigkeit aber nicht seine Konzentration. In diesem Fall kann sich das Meter-Lesen vom Wert berechnet als oben unterscheiden. Zum Beispiel würde die Berechnung des pH der phosphatgepufferten Salzquelle den Wert von 7.96 geben, wohingegen das Meter-Lesen 7.4 sein würde. Die Diskrepanz entsteht, wenn die saure Trennung unveränderlicher Wert als ein Konzentrationsquotient angegeben wird und nicht vorkommen würde, wenn K als ein Quotient von Tätigkeiten angegeben wurden.

Das Rechnen des Puffer-pH (polyprotic Säure)

Säuren von Polyprotic sind Säuren, die mehr als ein Proton verlieren können. Die Konstante für Trennung des ersten Protons kann als K und die Konstanten für Trennung von aufeinander folgenden Protonen als K usw. angezeigt werden. Zitronensäure ist HA ein Beispiel von polyprotic Säure, weil sie drei Protone verlieren kann.

:

Wenn der Unterschied zwischen aufeinander folgenden PK-Werten weniger als ungefähr drei ist, gibt es Übergreifen zwischen der PH-Reihe der Existenz der Arten im Gleichgewicht. Je kleiner der Unterschied, desto mehr das Übergreifen. Im Fall von Zitronensäure ist das Übergreifen umfassend, und Lösungen von Zitronensäure werden über die ganze Reihe des pH 2.5 zu 7.5 gepuffert. Die Berechnung des pH einer besonderen Mischung verlangt, dass eine Artbildungsberechnung durchgeführt wird.

Anwendungen

Pufferlösungen sind notwendig, um den richtigen pH für Enzyme in vielen Organismen zu behalten, um zu arbeiten. Viele Enzyme arbeiten nur unter sehr genauen Bedingungen; wenn sich der pH außerhalb einer schmalen Reihe, die Enzyme langsam oder das Halt-Arbeiten bewegt und denaturieren kann. In vielen Fällen kann denaturation ihre katalytische Tätigkeit dauerhaft unbrauchbar machen.

Ein Puffer von kohlenstoffhaltiger Säure (HCO) und Bikarbonat (HCO) ist in Plasma da, um einen pH zwischen 7.35 und 7.45 aufrechtzuerhalten.

Industriell werden Pufferlösungen in Gärungsprozessen und im Stellen der richtigen Bedingungen für in sich färbenden Stoffen verwendete Färbemittel verwendet. Sie werden auch in der chemischen Analyse und Kalibrierung von PH-Metern verwendet.

Die Mehrheit von biologischen Proben, die in der Forschung verwendet werden, wird in Puffern, besonders Phosphat hat Salzquelle gepuffert (PBS) am pH 7.4 gemacht.

Nützliche Puffermischungen

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"Universale" Puffermischungen

Durch das Kombinieren von Substanzen mit PK-Werten, die sich durch nur zwei oder weniger unterscheiden und den pH anpassen, kann eine breite Reihe von Puffern erhalten werden. Zitronensäure ist ein nützlicher Bestandteil von Puffermischung, weil sie drei PK-Werte hat, die durch weniger als zwei getrennt sind. Die Pufferreihe kann durch das Hinzufügen anderer Pufferungsagenten erweitert werden.

Die folgenden Zwei-Bestandteile-Mischungen (haben die Pufferlösungen von McIlvaine eine Pufferreihe des pH 3 zu 8).

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Eine Mischung, die Zitronensäure, Kalium dihydrogen Phosphat, Borsäure und diethyl barbituric Säure enthält, kann gemacht werden, die PH-Reihe 2.6 zu 12 zu bedecken.

Andere universale Puffer sind Puffer von Carmody und Puffer von Britton-Robinson, entwickelt 1931.

Allgemeine Pufferzusammensetzungen in der Biologie verwendet

Werte sind ungefähr.

Siehe auch

• Gleichung von Henderson-Hasselbalch
• Pufferung von Reagenz
• Die Puffer des Nutzens
• Wirkung des allgemeinen Ions

Links

• Online-PH-Pufferrechenmaschine
• Phosphatpuffer