Untuk apa solusi buffer diperlukan? Perhitungan pH larutan buffer. Larutan penyangga dapat dibagi menjadi empat jenis

Untuk sistem buffer tipe I HA/A, konsentrasi ion H+ dalam larutan dapat dengan mudah dihitung berdasarkan konstanta disosiasi asam lemah (untuk mempermudah penyajiannya, alih-alih aktivitas ion dalam persamaan untuk, kita akan menggunakan konsentrasinya):

NA ⇄ A - + H + ;

Di mana C(asam) Dan C (garam)– konsentrasi molar asam dan garam.

Jika persamaan (3) diambil secara logaritma (ambil negatif logaritma desimal sisi kiri dan kanan persamaan), kita mendapatkan:

dimana indeks “0” menunjukkan karakteristik larutan awal asam dan garam, dengan pencampuran diperoleh campuran buffer yang diperlukan.

Untuk sistem penyangga tipe II B/BH+, misalnya amonium, indikator hidroksida dan hidrogen dihitung menggunakan persamaan:

di mana adalah indeks konstanta disosiasi basa.

Secara umum persamaan untuk menghitung pH sistem buffer adalah sebagai berikut:

(7)

dan disebut persamaan Henderson-Hasselbach.

Dari persamaan Henderson-Hasselbach berikut ini:

1. Nilai pH larutan buffer bergantung pada konstanta disosiasi asam atau basa dan perbandingan jumlah komponen, tetapi secara praktis tidak bergantung pada pengenceran atau konsentrasi larutan. Memang, dalam proses ini konsentrasi komponen larutan buffer berubah secara proporsional, sehingga rasionya, yang menentukan nilai pH larutan buffer, tetap tidak berubah.

Jika konsentrasi komponen larutan buffer melebihi 0,1 mol/l, maka koefisien aktivitas ion sistem harus diperhitungkan dalam perhitungan.

2. Indikator konstanta disosiasi elektrolit lemah menentukan luas aksi buffer larutan, yaitu. kisaran nilai pH di mana sifat penyangga sistem dipertahankan. Karena aksi buffering berlanjut hingga 90% komponen dikonsumsi (yaitu konsentrasinya tidak berkurang sebanyak urutan besarnya), area (zona) dari aksi buffering berbeda sebesar 1 unit:

Amfolit dapat memiliki beberapa zona aksi buffer, yang masing-masing sesuai dengan konstanta yang sesuai:

Jadi, rasio maksimum yang diijinkan dari komponen-komponen larutan yang memperlihatkan efek buffering adalah 10:1.

Contoh 1. Apakah mungkin untuk membuat buffer asetat dengan pH = 6,5 jika asam asetat sama dengan 4,74?

Karena zona penyangga didefinisikan sebagai , untuk buffer asetat berada pada kisaran pH 3,74 hingga 5,74. Nilai pH = 6,5 berada di luar rentang kerja buffer asetat, oleh karena itu buffer tersebut tidak dapat dibuat berdasarkan sistem buffer asetat.

Kapasitas penyangga.

Penambahan asam atau basa dapat dilakukan tanpa mengubah pH larutan buffer secara signifikan hanya dalam jumlah yang relatif kecil, karena kemampuan larutan buffer untuk mempertahankan pH konstan terbatas.

Besaran yang mencirikan kemampuan larutan buffer untuk melawan perpindahan reaksi medium ketika asam dan basa ditambahkan disebut kapasitas penyangga (B). Kapasitas buffer dibedakan berdasarkan asam () dan basa ().

Kapasitas buffer (B) diukur dengan jumlah asam atau basa (setara mol atau mmol) yang bila ditambahkan ke 1 liter larutan buffer akan mengubah pH sebesar satu.

Dalam prakteknya, kapasitas buffer ditentukan dengan titrasi. Untuk melakukan ini, sejumlah volume larutan buffer dititrasi dengan asam kuat atau basa yang konsentrasinya diketahui sampai titik ekivalen tercapai. Titrasi dilakukan dengan adanya indikator asam basa, dengan membuat pilihan yang tepat yang mencatat keadaan ketika komponen sistem buffer bereaksi sepenuhnya. Berdasarkan hasil yang diperoleh, dihitung nilai kapasitas buffer ( atau ):

	(8)
	(9)

Di mana DENGAN( wah), DENGAN( celah) - konsentrasi molar setara asam dan alkali (mol/l);

V(k-kamu), V(celah) - volume larutan asam atau basa yang ditambahkan (l; ml);

V(penyangga) - volume larutan buffer (l; ml);

pH 0 Dan pH - Nilai pH larutan buffer sebelum dan sesudah titrasi dengan asam atau basa (perubahan pH diambil dalam nilai absolut).

Kapasitas buffer dinyatakan dalam [mol/l] atau [mmol/l].

Kapasitas buffer bergantung pada sejumlah faktor:

1. Semakin besar kandungan absolut komponen pasangan basa/asam konjugat maka semakin tinggi kapasitas buffer larutan buffer.

Kapasitas buffer bergantung pada rasio komponen larutan buffer, dan juga pada pH buffer. Kapasitas buffer maksimum dengan jumlah komponen sistem buffer yang sama dan menurun dengan penyimpangan dari rasio ini.

3. Dengan kandungan komponen yang berbeda, kapasitas buffer larutan asam dan basa berbeda. Jadi, pada larutan buffer tipe I, semakin tinggi kandungan asamnya, semakin besar pula kapasitas buffer alkalinya, dan semakin tinggi kandungan garamnya, semakin besar pula kapasitas buffer asamnya. Pada larutan buffer tipe II, semakin besar kandungan garamnya maka semakin besar pula kapasitas buffer alkalinya, dan semakin besar pula kandungan basanya maka semakin besar pula kapasitas buffer asamnya.

Di mana C(asam) Dan C (garam)– konsentrasi molar asam dan garam.

Jika persamaan (3) diambil secara logaritma (ambil logaritma desimal negatif ruas kiri dan kanan persamaan), kita memperoleh:

dimana indeks “0” menunjukkan karakteristik larutan awal asam dan garam, dengan pencampuran diperoleh campuran buffer yang diperlukan.

Untuk sistem penyangga tipe II B/BH+, misalnya amonium, indikator hidroksida dan hidrogen dihitung menggunakan persamaan:

di mana adalah indeks konstanta disosiasi basa.

Secara umum persamaan untuk menghitung pH sistem buffer adalah sebagai berikut:

(7)

dan disebut persamaan Henderson-Hasselbach.

Dari persamaan Henderson-Hasselbach berikut ini:

Jika konsentrasi komponen larutan buffer melebihi 0,1 mol/l, maka koefisien aktivitas ion sistem harus diperhitungkan dalam perhitungan.

Amfolit dapat memiliki beberapa zona aksi buffer, yang masing-masing sesuai dengan konstanta yang sesuai:

Jadi, rasio maksimum yang diijinkan dari komponen-komponen larutan yang memperlihatkan efek buffering adalah 10:1.

Contoh 1. Apakah mungkin untuk membuat buffer asetat dengan pH = 6,5 jika asam asetat 4,74?

Larutan.

Contoh 2. Hitung pH larutan buffer yang 100 ml mengandung 1,2 g asam asetat dan 5,88 g kalium asetat, jika untuk asam asetat = 4,74.

Larutan.

Konsentrasi molar asam dan garam dalam larutan buffer adalah:

Mengganti nilai-nilai ini ke dalam persamaan (7), kita memperoleh:

Larutan.

Karena konsentrasi molar asam dan garam adalah sama, maka ketika menghitung pH menggunakan rumus (5), hanya perbandingan volume komponen yang dapat digunakan:

Contoh 4. Hitung nilai pH larutan buffer yang diperoleh dengan menuangkan 20 ml larutan air amonia dengan C(NH 3 H 2 O) = 0,02 mol/l dan 10 ml larutan amonium klorida dengan C(NH 4 Cl) = 0,01 mol/ l . (NH 3 H 2 O) = 1,8 · 10 −5. Temukan pH buffer yang diencerkan 5 kali.

Larutan.

Dalam kasus sistem buffer tipe II, pH larutan dihitung menggunakan persamaan (6¢):

Mengganti nilai-nilai yang sesuai, kita mendapatkan:

Saat diencerkan, pH larutan buffer tidak berubah. Jadi pH larutan buffer yang diencerkan 5 kali adalah 9,86.

Contoh 5. Larutan buffer diperoleh dengan menuangkan 100 ml larutan CH 3 COOH dengan C(CH 3 COOH) = 0,02 mol/l dan 50 ml larutan CH 3 COONa dengan C(CH 3 COONa) = 0,01 mol/l. (CH 3 COOH) = 1,8×10 -5. Menghitung:

a) pH buffer yang dihasilkan;

b) perubahan pH buffer bila ditambahkan 5 ml larutan HCl dengan C(HCl) = 0,01 mol/l.

c) kapasitas buffer larutan untuk alkali.

Larutan.

Untuk menghitung pH buffer yang dihasilkan, kami menggunakan rumus (5):

Ketika asam ditambahkan, reaksi berikut terjadi:

CH 3 COONa + HCl CH 3 COOH + NaCl,

akibatnya jumlah komponen sistem penyangga berubah.

Dengan memperhatikan relasi n(x) = C(x)×V(x), persamaan (7) dapat disajikan sebagai:

Karena jumlah zat yang bereaksi dan zat yang terbentuk adalah sama, maka perubahan jumlah asam dan garam dalam larutan buffer akan sama besarnya. X:

Dalam campuran buffer awal jumlah komponennya adalah:

Mari kita temukan nilainya X:

Jadi, perbedaan nilai pH adalah , yaitu. perubahan pH dapat diabaikan.

Kapasitas penyangga.

Kapasitas buffer (B) diukur dengan jumlah asam atau basa (setara mol atau mmol) yang bila ditambahkan ke 1 liter larutan buffer akan mengubah pH sebesar satu.

Dalam prakteknya, kapasitas buffer ditentukan dengan titrasi. Untuk melakukan ini, sejumlah volume larutan buffer dititrasi dengan asam kuat atau basa yang konsentrasinya diketahui sampai titik ekivalen tercapai. Titrasi dilakukan dengan adanya indikator asam-basa, jika dipilih dengan benar, keadaan ketika komponen sistem buffer bereaksi sempurna dicatat. Berdasarkan hasil yang diperoleh, dihitung nilai kapasitas buffer ( atau ):

	(8)
	(9)

Di mana DENGAN( wah), DENGAN( celah) - konsentrasi molar setara asam dan alkali (mol/l);

V(k-kamu), V(celah) - volume larutan asam atau basa yang ditambahkan (l; ml);

V(penyangga) - volume larutan buffer (l; ml);

pH 0 Dan pH - Nilai pH larutan buffer sebelum dan sesudah titrasi dengan asam atau basa (perubahan pH diambil dalam nilai absolut).

Kapasitas buffer dinyatakan dalam [mol/l] atau [mmol/l].

Kapasitas buffer bergantung pada sejumlah faktor:

1. Semakin besar kandungan absolut komponen pasangan basa/asam konjugat maka semakin tinggi kapasitas buffer larutan buffer.

Kapasitas buffer bergantung pada rasio komponen larutan buffer, dan juga pada pH buffer. Kapasitas buffer maksimum untuk komponen sistem buffer dalam jumlah yang sama dan menurun seiring dengan penyimpangan dari rasio ini.

Contoh 2. Untuk menyiapkan campuran buffer asetat, larutan asam dan garam dengan konsentrasi molar yang sama dicampur dengan perbandingan volume berikut:

Komposisi sistem penyangga	Rasio volume komponen sistem penyangga
solusi I	solusi II	penyelesaian III
CH3COOH
CH3COONa

Tanpa menggunakan perhitungan, tentukan manakah dari tiga larutan buffer yang akan diamati:

a) nilai pH tertinggi;

b) kapasitas buffer maksimum;

c) kapasitas buffer asam terbesar.

Larutan.

Dalam hal konsentrasi komponen sama, persamaan (5) berbentuk:

Karena ketiga larutan sama, nilai pH buffer akan ditentukan oleh perbandingan. Karena itu, nilai tertinggi larutan pH yang akan saya miliki ():

Solusi II ditandai dengan kapasitas buffer maksimum, karena rasio komponen di dalamnya adalah 1:1.

Kapasitas buffer asam untuk buffer asetat ditentukan oleh kandungan basa konjugasinya, yaitu garam: semakin tinggi, semakin besar kapasitas buffer asam larutan. Itu sebabnya:

Jadi, larutan I akan mempunyai kapasitas asam paling besar.

Siswa harus mampu:

1. Hitung pH sistem buffer.

2. Hitung kapasitas buffer larutan.

Larutan yang pH-nya hampir tidak berubah dengan penambahan sejumlah kecil asam kuat dan basa kuat, serta dengan pengenceran, disebut

penyangga.

Paling sering, campuran larutan asam lemah dan garamnya, atau campuran larutan basa lemah dan garamnya, atau, terakhir, campuran larutan garam asam polibasa dengan berbagai tingkat substitusi digunakan sebagai larutan buffer.

Misalnya: UNDC

format, pH = 3,8

CH3COOH

asetat, pH = 4,7

CH3 COONa

NaH2PO4

fosfat, pH = 6,6

Na2HPO4

	NH4OH		amonia, pH = 9,25
	NH4CI

	Mari kita perhatikan mekanisme kerja sistem buffer:
	1. Ketika asam ditambahkan ke suatu larutan, ion hidrogennya akan terikat
	asam lemah:
	CH3COOH		CH3COOH


	CH3 COONa		CH3COOH
	2. Ketika basa ditambahkan ke dalam larutan, ion hidroksida akan mengikatnya
	elektrolit lemah (H2 O):
	CH3COOH		CH3 COONa


	CH3 COONa		CH3 COONa

Pembentukan elektrolit lemah ketika asam atau basa ditambahkan ke larutan buffer menentukan stabilitas pH.

Perhitungan pH larutan buffer

1. Larutan penyangga terbentuk	pH = pKaasam -	Dengan asam
asam lemah dan garamnya
		Dengan garam
		Dengan garam
	pK – indikator kekuatan asam:
	рК = – log Kacid

2. Larutan penyangga terbentuk	pOH = pCobas.		Dari bawah ke atas
basa lemah dan garamnya.
			Dengan garam
			Dengan garam
	mengetahui bahwa pH + pH = 14, maka
	pH = 14 - pHKn.		Dari bawah ke atas

			Dengan garam
			Dengan garam

Kemampuan sistem buffer untuk mempertahankan pH konstan ditentukan olehnya kapasitas penyangga. Diukur dengan jumlah mol setara asam kuat atau basa kuat yang harus ditambahkan ke dalam 1 liter

sistem buffer larutan untuk mengubah pH sebanyak satu.

Kami menghitung kapasitas campuran buffer menggunakan rumus:

dimana B adalah kapasitas buffer;

CA, CB – konsentrasi zat dalam campuran buffer.

Semakin tinggi konsentrasi komponen campuran, semakin besar kapasitas buffernya. Agar kerja campuran buffer cukup efektif, yaitu kapasitas buffer larutan tidak berubah terlalu banyak,

konsentrasi suatu komponen tidak boleh melebihi konsentrasi komponen lainnya lebih dari 10 kali lipat.

CONTOH PEMECAHAN MASALAH KHUSUS

Perhitungan pH larutan buffer yang terbentuk

asam lemah dan garamnya

Contoh 1. Hitung pH campuran larutan asam asetat CH3 COOH 0,03 N

larutan CH3 COONa 0,1 N, jika indeks kekuatan asam pK = 4,8.

pK(CH3COOH) = 4,8 C(f(CH3COOH) =

0,03 mol/l C(f(CH3 COONa) =

Karena M(f) = M untuk CH3 COOH dan CH3 COONa, maka untuk zat tersebut C = C(f)

pH pKaasam. - lg Asam. Sol

pH 4,8 - lg 0,03 4,8 lg 0,3 4,8 - (-0,52) 5,32 0,1

Jawaban : pH = 5,32

Contoh 2. Hitung pH larutan yang diperoleh dengan mencampurkan 20 ml

solusi 0,05m asam nitrat HNO2 dan 30 ml larutan natrium nitrit 1,5 m

NaNO2.


V(HNO2) = 20 ml	1. Tentukan volume larutan setelah diaduk
C(HNO2) = 0,05 mol/l	asam HNO2 dan garam NaNO2 serta konsentrasinya
V(HNO2) = 30ml	dalam campuran yang dihasilkan:
C(HNO2) = 1,5 mol/l	V = 20 + 30 = 50ml

	C(HNO2)	0,02 mol/l

2. Dari tabel kita menemukan bahwa pK HNO 2 = 3,29.

3. Hitung pH:

C(NaNO2) 1,5 30 0,9 mol/l Jawaban: pH = 4,94 50

Contoh 3. Berapa larutan natrium asetat CH3 COONa 0,5 m yang harus ditambahkan ke dalam 100 ml larutan asam asetat CH3 COOH 2 m untuk memperoleh larutan buffer dengan pH = 4?


C(CH3 COONa) = 0,5 mol/l

		Dengan garam
	Dengan asam

	Dengan garam

Oleh karena itu, perbandingan konsentrasi asam dengan konsentrasi garam

harus sama dengan 5.754:1.

2. Temukan konsentrasi asam dalam sistem buffer:

4. Tentukan banyaknya 0,5 m larutan natrium asetat CH3 COONa yang mengandung

Contoh 4. Berapa perbandingan molar larutan garam dengan komposisi NaH2 PO4 dan Na2 HPO4 harus diambil untuk memperoleh sistem buffer dengan pH = 6?

1. Sesuai dengan kondisi soal, kita hanya mengetahui nilai pH saja. Oleh karena itu, menurut

Dengan menggunakan nilai pH, kita mencari konsentrasi ion hidrogen:

pH = - log = 6 atau log = –6. Jadi = 10-6 mol/l.

2. Dalam sistem buffer ini, ion H2 PO4 bertindak sebagai asam

NaH2 PO4  Na+ + H2 PO4 ¯ K2 (H3 PO4) = 6,2 10 -8.

3. Mengetahui konsentrasi ion hidrogen dan nilai konstanta

disosiasi asam, kami menghitung rasio konsentrasi asam terhadap konsentrasi garam dalam sistem buffer tertentu:

		asam C.
K2(H3PO4)			atau = K2 (H3 PO4 )
K2(H3PO4)			atau = K2 (H3 PO4 )
		Dengan garam

				1 10 - 6

	K2(H3PO4)
	K2(H3PO4)

Perhitungan pH sistem buffer yang terbentuk

basa lemah dan garamnya

Contoh 5. Hitung pH larutan buffer yang mengandung 0,1 mol/l NH4 OH

dan 0,1 mol/l NH4 Cl, jika konstanta disosiasi NH4 OH adalah 1,79 · 10-5.

С(NH4 OH) = 0,1 mol/l

С(NH4 Cl) = 0,1 mol/l

KNH4OH = 1,79 · 10–5

1. pK NH 4 OH - log 1,79 10 -5 - (0,25- 5) 4,75

2.pH 14 - pKbas. lg Pinus

Dengan garam

14 - 4,75 lg 0,1 9,25 0,1

Jawaban: pH=9,25.

Contoh 6. Hitung pH sistem buffer amonia yang mengandung 0,5 m

amonium hidroksida dan amonium klorida. Bagaimana pH berubah ketika ditambahkan

1 liter campuran ini adalah 0,1 m HCI dan ketika menambahkan 0,1 m NaOH ke dalam 1 liter campuran dan mengencerkan larutan dengan air sebanyak 10 kali, jika pK NH4 OH = 4,75?

C(NH4 OH)= 0,5 mol/l

С(NH4 Cl) = 0,5 mol/l

С(HCl) = 0,1 mol/l

С(NaOH) = 0,1 mol/l

p KNH 4 OH = 4,75

1. pH sebelum pengenceran - ?

2. pH setelah ditambahkan HCI - ?

3. pH setelah ditambahkan NaOH - ?

4. pH setelah pengenceran dengan air - ?

pH 14 - pK lg C basa.

Dengan garam

1. pH 14 - 4,75 lg 0,5 0,5 9,25

2. Saat menambahkan 0,1 m HCl ke larutan buffer, konsentrasi NH 4OH

akan berkurang 0,1 m dan menjadi sama

0,4 m, dan konsentrasi NH4 CI meningkat menjadi 0,6 m, Oleh karena itu:

pH 14 - 4,75 lg 0,4 0,6 9,074

3. Saat menambahkan 0,1 m NaOH ke dalam 1 liter campuran ini, konsentrasi NH4 OH

akan meningkat menjadi 0,6 m, dan konsentrasi NH4 Cl akan berkurang menjadi 0,4 m, sehingga diperoleh: pH 14 - 4,75 lg 0,6 0,4 9,426

4. Jika larutan buffer diencerkan dengan air sebanyak 10 kali, kita mendapatkan: pH 14 - 4,75 lg 0,05 0,05 9,25

Contoh 7. Hitung pOH dan pH larutan yang mengandung 8,5 g amonia dalam 1 liter dan

107 g amonium klorida.


m(NH3) = 8,5 gram	1. Temukan konsentrasi molar
m(NH4Cl) = 107 gram	amonia dan amonium klorida:

ron -? pH - ?	C(NH3)

C(NH4CI)

2. Hitung pOH dan pH:

dasar C

C garam

4,75 (0,6) 5,35 ;

Jawaban : pH = 8,65, pH = 5,35

Perhitungan kapasitas buffer

penyangga

campuran, jika diperoleh dengan

mencampurkan 0,1 m CH3 COOH dan 0,1 m CH3 COONa?

C(CH3COOH) = 0,1 mol/l

Karena C(CH3 COOH) = C(CH3 COONa) = 0,1 m, maka

(CH3 COONa) =

kami menggunakan rumus:

0,1 mol/l

C A C B

0,12

0,115 mol/l

C(CH3COONa) =

Karena = KC

KCH 3 COOH = 18 10 –5 C = 1 mol/l

Untuk menurunkan pH sebanyak satu, Anda perlu menambahkan bahan berikut ke dalam larutan:

jumlah mol asam dimana Asam 10

Oleh karena itu, kita dapat membuat persamaan:

TUGAS PENGENDALIAN DIRI

1. Berapa pH campuran yang terdiri dari 100 ml HCOOH 23N dan 30 ml 15N

solusi HCOOK.

2. Bagaimana pH larutan buffer yang terdiri dari 0,01 m Na berubah? 2 HPO4 dan

0,01 m NaH2 PO4, jika Anda menambahkan 10–4 mol HCl ke dalamnya.

3. Hitung pH larutan yang mengandung 0,05 mol/l NH 4 OH dan 0,05 mol/l

NH4 Cl (КNH4 OH = 1,8 · 10-5 ).

4. Hitung kapasitas buffer larutan yang mengandung 0,4 mol Na dalam 1 liter 2 HPO4

dan 0,2 mol NaH2 PO4.

PH larutan buffer dihitung menggunakan persamaan Henderson – Hasselbach:

– untuk buffer asam persamaannya memiliki bentuk

– untuk buffer utama

Persamaan menunjukkan bahwa pH larutan buffer dengan komposisi tertentu ditentukan oleh perbandingan konsentrasi asam dan garam atau basa dan garam, dan oleh karena itu tidak bergantung pada pengenceran. Ketika volume larutan berubah, konsentrasi masing-masing komponen berubah dengan jumlah yang sama.

Kapasitas penyangga

Kemampuan larutan buffer untuk mempertahankan pH konstan terbatas. Itu. menambahkan asam atau basa tanpa mengubah pH larutan buffer secara signifikan hanya mungkin dilakukan dalam jumlah terbatas.

Nilai yang mencirikan kemampuan larutan buffer untuk melawan perpindahan reaksi medium ketika ditambahkan asam dan basa disebut kapasitas buffer larutan (B).

Kapasitas buffer diukur dengan jumlah mol ekuivalen asam kuat atau basa, penambahannya ke dalam 1 liter larutan buffer akan mengubah pH sebesar satu.

Secara matematis, kapasitas buffer didefinisikan sebagai berikut:

B dengan asam (mol/l atau mmol/l):

dimana n(1/z HA) adalah jumlah mol ekuivalen asam, pH 0 dan pH adalah pH larutan buffer sebelum dan sesudah penambahan asam, VB adalah volume larutan buffer.

Dalam alkali (mol/l atau mmol/l):

dimana n (1/z BOH) adalah jumlah mol ekuivalen alkali, sebutan lainnya sama.

Kapasitas buffer bergantung pada sejumlah faktor:

1. Dari sifat zat tambahan dan komponen larutan buffer. Karena Beberapa zat dapat membentuk senyawa atau kompleks yang tidak larut atau memberikan reaksi lain yang tidak diinginkan dengan komponen sistem buffer, maka konsep kapasitas buffer kehilangan maknanya.

2. Dari konsentrasi awal komponen sistem buffer.

Semakin banyak jumlah komponen pasangan asam basa dalam suatu larutan, semakin besar pula kapasitas buffer larutan tersebut.

Batas perbandingan konsentrasi komponen larutan buffer dimana sistem masih mempertahankan sifat-sifatnya. Interval pH = pK ± 1 disebut zona penyangga sistem. Hal ini sesuai dengan kisaran rasio garam/garam dari 1/10 hingga 10/1.

Dalam k (darah) = 0,05 mol/l; V hingga (plasma) = 0,03 mol/l; V ke (serum darah) = 0,025 mol/l

Sistem penyangga darah

Khususnya sangat penting Sistem penyangga mempunyai peranan dalam menjaga keseimbangan asam basa organisme. Nilai pH sebagian besar cairan intraseluler berkisar antara 6,8 hingga 7,8.

Keseimbangan asam-basa dalam darah manusia dijamin oleh sistem penyangga hidrokarbonat, fosfat, protein dan hemoglobin. Nilai pH normal plasma darah adalah 7,40±0,05.

Sistem buffer hemoglobin menyediakan 35% kapasitas buffer darah: . Oksihemoglobin adalah asam yang lebih kuat daripada hemoglobin tereduksi. Oksihemoglobin biasanya berbentuk garam kalium.

Sistem penyangga karbonat : Ia menempati urutan pertama dalam hal kekuatannya. Dia disajikan asam karbonat(H 2 CO 3) dan natrium atau kalium bikarbonat (NaHCO 3, KHCO 3) dengan perbandingan 1/20. Buffer bikarbonat banyak digunakan untuk memperbaiki gangguan keadaan asam basa tubuh.

Sistem penyangga fosfat . Dihidrogen fosfat memiliki sifat asam lemah dan berinteraksi dengan produk basa yang masuk ke dalam darah. Hidrogen fosfat memiliki sifat basa lemah dan bereaksi dengan asam kuat.

Sistem buffer protein berperan dalam menetralisir asam dan basa karena sifat amfoter: dalam lingkungan asam, protein plasma berperilaku seperti basa, dalam lingkungan basa - seperti asam:

Sistem buffer juga terdapat dalam jaringan, yang membantu menjaga pH jaringan pada tingkat yang relatif konstan. Buffer jaringan utama adalah protein dan fosfat. pH juga dijaga oleh paru-paru dan ginjal. Kelebihan karbon dioksida dibuang melalui paru-paru. Ginjal dengan asidosis mengeluarkan lebih banyak natrium fosfat monobasa, dan dengan alkalosis - lebih banyak garam basa: natrium fosfat dibasa dan natrium bikarbonat.

Contoh pemecahan masalah

Larutan:

Kami menghitung pH larutan buffer asam menggunakan rumus, lalu

Menjawab: 5,76

Larutan:

Kami menghitung kapasitas buffer menggunakan rumus:

Menjawab: 0,021 mol/l

Contoh 3.

Larutan buffer terdiri dari 100 ml 0,1 mol/l asam asetat dan 200 ml 0,2 mol/l natrium asetat. Bagaimana pH larutan ini berubah jika 30 ml larutan natrium hidroksida 0,2 mol/l ditambahkan ke dalamnya?

Larutan:

Kami menghitung pH larutan buffer menggunakan rumus:

Ketika NaOH ditambahkan ke larutan buffer, jumlah garam bertambah dan jumlah asam dalam larutan buffer berkurang:

0,006 0,006 0,006

CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O

Kita hitung n (NaOH) = 0,03 l · 0,2 mol/l = 0,006 mol, oleh karena itu dalam larutan buffer jumlah asam berkurang 0,006 mol, dan jumlah garam bertambah 0,006 mol.

Kami menghitung pH larutan menggunakan rumus:

Jadi: pH 2 – pH 1 = 5,82 – 5,3 = 0,52

Menjawab: perubahan pH larutan buffer = 0,52.

Tugas untuk keputusan independen

4. Untuk mentitrasi 2 ml darah untuk mengubah pH dari nilai awal (7,36) ke nilai akhir (7,0), perlu ditambahkan 1,6 ml larutan HCl 0,01 M. Hitung kapasitas buffer asam.

5. Berapa mol natrium asetat yang harus ditambahkan ke dalam 300 ml asam asetat untuk mengurangi konsentrasi ion hidrogen sebanyak 300 kali (K dis (CH 3 coon) = 1.85.10 -5).

6. Kapan penelitian biokimia gunakan buffer fosfat dengan pH = 7,4. Dalam perbandingan berapa larutan natrium hidrogen fosfat dan natrium dihidrogen fosfat dengan konsentrasi masing-masing 0,1 mol/l harus dicampur untuk memperoleh larutan buffer tersebut (pK(H 2 PO 4 -) = 7,4).

7. Pelanggaran CBS apa yang diamati dengan indikator sebagai berikut: pH darah = 7,20, Pco 2 = 38 mm Hg. Seni., BO = 30 mmol/l, SBO = -4 mmol/l. Bagaimana cara menghilangkan pelanggaran CBS ini?

Tugas tes

Bab 6. SISTEM BUFFER PROTOLITIK

Perubahan pada faktor apa pun yang dapat mempengaruhi keadaan kesetimbangan kimia suatu sistem zat menyebabkan reaksi di dalamnya yang berusaha melawan perubahan yang dilakukan.

A.Le Chatelier

6.1. SISTEM PENYAGIAN. DEFINISI DAN KETENTUAN UMUM TEORI SISTEM BUFFER. KLASIFIKASI SISTEM BUFFER

Sistem yang mempertahankan homeostasis protolitik tidak hanya mencakup mekanisme fisiologis (kompensasi paru dan ginjal), tetapi juga efek buffering fisikokimia, pertukaran ion, difusi. Mempertahankan keseimbangan asam-basa pada tingkat tertentu dijamin pada tingkat molekuler melalui aksi sistem buffer.

Sistem buffer protolitik adalah larutan yang mempertahankan nilai pH konstan baik saat menambahkan asam dan basa, maupun selama pengenceran.

Kemampuan beberapa larutan untuk mempertahankan konsentrasi ion hidrogen yang konstan disebut tindakan penyangga, yang merupakan mekanisme utama homeostasis protolitik. Buffer adalah campuran basa lemah atau asam lemah dan garamnya. Dalam larutan buffer, komponen “aktif” utama adalah donor dan akseptor proton, menurut teori Brønsted, atau donor dan akseptor pasangan elektron, menurut teori Lewis, mewakili pasangan asam-basa.

Berdasarkan apakah elektrolit lemah sistem penyangga termasuk golongan asam atau basa dan menurut jenis partikel bermuatannya, dibedakan menjadi tiga jenis: asam, basa, dan amfolitik. Solusi yang mengandung satu atau lebih sistem buffer disebut solusi buffer. Larutan buffer dapat dibuat dengan dua cara:

Netralisasi parsial elektrolit lemah dengan elektrolit kuat:

Dengan mencampurkan larutan elektrolit lemah dengan garamnya (atau dua garamnya): CH 3 COOH dan CH 3 COONa; NH 3 dan NH 4 Cl; NaH2PO4

dan Na 2 HPO 4 .

Alasan munculnya kualitas baru dalam solusi - tindakan buffering - adalah kombinasi dari beberapa keseimbangan protolitik:

Pasangan asam-basa terkonjugasi B/BH+ dan A - /HA disebut sistem buffer.

Sesuai dengan prinsip Le Chatelier, menambahkan asam lemah HB + H 2 O ↔ H 3 O + + B - asam kuat atau garam yang mengandung B - anion ke dalam larutan, terjadi proses ionisasi, menggeser kesetimbangan ke kiri (efek ion bersama) B - + H 2 O ↔ HB + OH - , dan penambahan alkali (OH -) - ke kanan, karena akibat reaksi netralisasi konsentrasi ion hidronium akan berkurang.

Ketika dua kesetimbangan terisolasi (ionisasi asam dan hidrolisis anion) digabungkan, ternyata proses yang akan terjadi di dalamnya di bawah pengaruh hal yang sama faktor eksternal(menambahkan ion hidronium dan hidroksida), multi arah. Selain itu, konsentrasi salah satu produk dari masing-masing reaksi gabungan mempengaruhi posisi kesetimbangan reaksi lainnya.

Sistem buffer protolitik adalah keseimbangan gabungan dari proses ionisasi dan hidrolisis.

Persamaan sistem buffer menyatakan ketergantungan pH larutan buffer pada komposisi sistem buffer:

Analisis persamaan menunjukkan bahwa nilai pH larutan buffer bergantung pada sifat zat pembentuk sistem buffer, rasio konsentrasi komponen dan suhu (karena nilai pKa bergantung padanya).

Menurut teori protolitik, asam, basa, dan amfolit adalah protolit.

6.2. JENIS SISTEM BUFFER

Sistem penyangga tipe asam

Sistem buffer asam adalah campuran asam lemah HB (donor proton) dan garamnya B - (akseptor proton). Lingkungannya cenderung asam (pH<7).

Sistem penyangga hidrokarbonat (zona penyangga pH 5,4-7,4) - campuran asam karbonat lemah H 2 CO 3 (donor proton) dan garamnya HCO 3 - (akseptor proton).

Sistem penyangga hidrogen fosfat (zona penyangga pH 6,2-8,2) - campuran asam lemah H 2 PO 4 - (donor proton) dan garamnya HPO 4 2- (akseptor proton).

Sistem buffer hemoglobin diwakili oleh dua asam lemah (donor proton) - hemoglobin HHb dan oksihemoglobin HHbO 2 dan basa lemah konjugasinya (akseptor proton) - hemoglobinat - Hb - dan anion oksihemoglobinat HbO 2 -.

Sistem penyangga tipe dasar

Sistem penyangga dasar adalah campuran basa lemah (akseptor proton) dan garamnya (donor proton). Mereka biasanya memiliki lingkungan basa (pH >7).

Sistem buffer amonia: campuran basa lemah NH 3 H 2 O (akseptor proton) dan garamnya - elektrolit kuat NH 4 + (donor proton). Zona penyangga pada pH 8,2-10,2.

Sistem buffer tipe amfolit

Sistem buffer amfolitik terdiri dari campuran dua garam atau garam dari asam lemah dan basa lemah, misalnya CH 3 COONH 4, di mana CH 3 COO - menunjukkan sifat basa lemah - akseptor proton, dan NH 4 + - a asam lemah - donor proton. Sistem penyangga yang signifikan secara biologis dari jenis amfolit adalah sistem penyangga protein - (NH 3 +) m -Prot-(CH 3 COO -) n.

Sistem penyangga dapat dianggap sebagai campuran elektrolit lemah dan kuat yang memiliki ion dengan nama yang sama (efek ion persekutuan). Misalnya, dalam larutan buffer asetat terdapat ion asetat, dan dalam larutan hidrokarbonat terdapat ion karbonat.

6.3. MEKANISME KERJA LARUTAN BUFFER DAN PENENTUAN PH PADA LARUTAN INI. PERSAMAAN GENDERSON-HASSELBACH

Mari kita perhatikan mekanisme kerja larutan buffer tipe asam menggunakan contoh sistem buffer asetat CH 3 COO - /CH 3 COOH, yang tindakannya didasarkan pada kesetimbangan asam-basa CH 3 COOH ↔ H + + CH 3 COO - (K = 1,75 · 10 - 5). Sumber utama ion asetat adalah elektrolit kuat CH 3 COONa. Ketika asam kuat ditambahkan, basa konjugasi CH 3 COO - mengikat kation hidrogen yang ditambahkan, berubah menjadi asam lemah: CH 3 COO - + + H + ↔ CH 3 COOH (kesetimbangan asam basa bergeser ke kiri). Penurunan konsentrasi CH 3 COO - diimbangi dengan peningkatan konsentrasi asam lemah dan menandakan terjadinya proses hidrolisis. Menurut hukum pengenceran Ostwald, peningkatan konsentrasi asam sedikit mengurangi derajat disosiasi elektrolitiknya dan asam praktis tidak terionisasi. Akibatnya, dalam sistem: C ke meningkat, C ke dan α menurun, - konstan, C ke /C meningkat, di mana C ke adalah konsentrasi asam, C adalah konsentrasi garam, α adalah derajat disosiasi elektrolitik.

Ketika alkali ditambahkan, kation hidrogen dari asam asetat dilepaskan dan dinetralkan oleh ion OH - yang ditambahkan, mengikat molekul air: CH 3 COOH + OH - → CH 3 COO - + H 2 O

(keseimbangan asam basa bergeser ke kanan). Akibatnya, C k meningkat, C c dan α menurun, - const, C k / C c menurun.

Mekanisme kerja sistem penyangga tipe dasar dan amfolit serupa. Efek buffering larutan disebabkan oleh pergeseran keseimbangan asam basa akibat pengikatan ion H+ dan OH- yang ditambahkan oleh komponen buffer dan terbentuknya zat yang berdisosiasi rendah.

Mekanisme kerja larutan buffer protein dengan penambahan asam: (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + NH+ ↔ (NH 3 +) m -Prot-(COOH) n, bila ditambahkan alkali - (NH 3 +) m -Prot-(COO -) n + MOH- ↔ (NH 2) m - Prot-(COO -) n + mH 2 O.

Pada konsentrasi H + dan OH - yang tinggi (lebih dari 0,1 mol/l), rasio komponen campuran buffer berubah secara signifikan - C ke / C meningkat atau menurun dan pH dapat berubah. Hal ini ditegaskan oleh persamaan Henderson-Hasselbalch, yang menetapkan ketergantungan [H + ], K I, α dan C terhadap /C s. Persamaannya

Kami memperolehnya dengan menggunakan contoh sistem buffer tipe asam - campuran asam asetat dan garamnya CH 3 COONa. Konsentrasi ion hidrogen dalam larutan buffer ditentukan oleh konstanta ionisasi asam asetat:

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi ion hidrogen berbanding lurus dengan KI, α, konsentrasi asam Ck dan berbanding terbalik dengan Cc dan rasio C terhadap /Cc. Dengan mengambil logaritma kedua ruas persamaan dan mengambil logaritma dengan tanda minus, kita mendapatkan persamaan dalam bentuk logaritma:

Persamaan Henderson-Hasselbach untuk sistem buffer tipe basa dan amfolitik diturunkan dengan menggunakan contoh penurunan persamaan sistem buffer tipe asam.

Untuk sistem buffer tipe basa, misalnya amonia, konsentrasi kation hidrogen dalam larutan dapat dihitung berdasarkan konstanta kesetimbangan asam basa asam konjugasinya.

N.H. 4 + :

Persamaan Henderson-Hasselbach untuk sistem buffer tipe dasar:

Persamaan ini dapat direpresentasikan sebagai:

Untuk sistem buffer fosfat HPO 4 2- /H 2 PO 4 - pH dapat dihitung menggunakan persamaan:

di mana pK 2 adalah konstanta disosiasi asam ortofosfat pada langkah kedua.

6.4. KAPASITAS LARUTAN BUFFER DAN FAKTOR PENENTUNYA

Kemampuan larutan untuk mempertahankan nilai pH konstan tidak terbatas. Campuran buffer dapat dibedakan berdasarkan kekuatan ketahanannya terhadap aksi asam dan basa yang dimasukkan ke dalam larutan buffer.

Banyaknya asam atau basa yang harus ditambahkan ke dalam 1 liter larutan buffer agar nilai pHnya berubah satu disebut kapasitas buffer.

Jadi, kapasitas buffer adalah ukuran kuantitatif dari efek buffering suatu larutan. Larutan buffer mempunyai kapasitas buffer maksimum pada pH = pK asam atau basa sehingga membentuk campuran dengan perbandingan komponen-komponennya sama dengan satu. Semakin tinggi konsentrasi awal campuran buffer, semakin tinggi kapasitas buffernya. Kapasitas buffer tergantung pada komposisi larutan buffer, konsentrasi dan rasio komponen.

Anda harus bisa memilih sistem buffer yang tepat. Pilihannya ditentukan oleh kisaran pH yang dibutuhkan. Zona aksi penyangga ditentukan oleh kekuatan asam (basa) ±1 satuan.

Saat memilih campuran buffer, perlu mempertimbangkan sifat kimia komponennya, karena zat larutan yang ditambahkan

sistem penyangga, dapat membentuk senyawa yang tidak larut dan berinteraksi dengan komponen sistem penyangga.

6.5. SISTEM BUFFER DARAH

Darah mengandung 4 sistem penyangga utama.

1. Hidrokarbonat. Ini menyumbang 50% dari kapasitas. Ia beroperasi terutama dalam plasma dan memainkan peran sentral dalam transportasi CO 2.

2. Protein. Ini menyumbang 7% dari kapasitas.

3. Hemoglobin, menyumbang 35% dari kapasitas. Ini diwakili oleh hemoglobin dan oksihemoglobin.

4. Sistem penyangga hidrofosfat - kapasitas 5%. Sistem penyangga hidrokarbonat dan hemoglobin berfungsi

peran sentral dan sangat penting dalam pengangkutan CO 2 dan pembentukan pH. PH plasma darah adalah 7,4. CO 2 merupakan produk metabolisme sel yang dilepaskan ke dalam darah. Berdifusi melalui membran ke dalam sel darah merah, di mana ia bereaksi dengan air membentuk H 2 CO 3. Rasio diatur ke 7 dan pH akan menjadi 7,25. Keasaman meningkat, dan reaksi berikut terjadi:

HCO 3 yang dihasilkan - keluar melalui membran dan terbawa aliran darah. Dalam plasma darah, pHnya 7,4. Ketika darah vena kembali ke paru-paru, hemoglobin bereaksi dengan oksigen membentuk oksihemoglobin, yang merupakan asam kuat: HHb + + O 2 ↔ HHbO 2. PH menurun seiring dengan terbentuknya lebih banyak asam kuat, terjadi reaksi : HHbO 2 + HCO 3 - ↔ HbO 2 - + H 2 CO 3. CO 2 kemudian dilepaskan ke atmosfer. Ini adalah salah satu mekanisme pengangkutan CO 2 dan O 2.

Hidrasi dan dehidrasi CO 2 dikatalisis oleh enzim karbonat anhidrase, yang ditemukan dalam sel darah merah.

Basa juga diikat oleh buffer darah dan diekskresikan melalui urin, terutama dalam bentuk fosfat mono dan dibasa.

Di klinik, cadangan alkalinitas darah selalu ditentukan.

6.6. PERTANYAAN DAN LATIHAN UNTUK UJI SENDIRI PERSIAPAN ANDA UNTUK KELAS DAN UJIAN

1. Saat menggabungkan kesetimbangan protolitik manakah larutan akan memiliki sifat penyangga?

2.Berikan konsep sistem penyangga dan tindakan penyangga. Apa sifat kimia dari tindakan buffering?

3. Jenis utama larutan buffer. Mekanisme aksi bufferingnya dan persamaan Henderson-Hasselbach yang menentukan pH dalam sistem buffer.

4. Sistem penyangga utama tubuh dan hubungannya. Apa yang menentukan pH sistem buffer?

5. Kapasitas buffer pada sistem buffer disebut? Sistem penyangga darah manakah yang mempunyai kapasitas paling besar?

6. Metode memperoleh larutan buffer.

7. Pemilihan larutan buffer untuk penelitian medis dan biologi.

8. Tentukan apakah terjadi asidosis atau alkalosis pada pasien jika konsentrasi ion hidrogen dalam darah adalah 1.2.10 -7 mol/l?

6.7. TUGAS UJI

1. Manakah dari sistem yang diusulkan yang merupakan sistem penyangga?

a)HCl dan NaCl;

b)H 2 SO 4 dan NaHSO 4;

c)H 2 CO 3 dan NaHCO 3;

d)HNO 3 dan NaNO 3;

e)HClO 4 dan NaClO 4.

2. Sistem buffer manakah yang sesuai dengan rumus perhitungan pH = pK?

a) larutan 0,1 M NaH 2 PO 4 dan larutan 0,1 M Na 2 HPO 4;

b) larutan H 2 CO 3 0,2 M dan larutan NaHCO 3 0,3 M;

c) larutan 0,4 M NH 4 OH dan larutan 0,3 M NH 4 Cl;

d) larutan 0,5 M CH 3 COOH dan 0,8 M larutan CH 3 COONa;

e)larutan NaHCO 0,4 M 3 dan 0,2 M larutan H 2 CO 3.

3. Manakah dari sistem buffer yang diusulkan yang merupakan sistem buffer bikarbonat?

a) NH 4 OH dan NH 4 Cl;

b)H 2 CO 3 dan KNSO 3;

c) NaH 2 PO 4 dan Na 2 HPO 4;

d) CH 3 COOH dan CH 3 MASAK;

e) K 2 HPO 4 dan KN 2 PO 4.

4. Dalam kondisi apa pH sistem buffer sama dengan pK k?

a) bila konsentrasi asam dan garamnya sama;

b) bila konsentrasi asam dan garamnya tidak sama;

c) bila perbandingan volume asam dan garamnya 0,5;

d) bila perbandingan volume asam dan garamnya pada konsentrasi yang sama tidak sama;

e) bila konsentrasi asam 2 kali lebih besar dari konsentrasi garam.

5. Rumus manakah yang cocok untuk menghitung [H+], untuk sistem CH 3 COOH dan CH 3 JADI OK?

6. Manakah dari campuran berikut yang merupakan bagian dari sistem penyangga tubuh?

a)HCl dan NaCl;

b)H 2 S dan NaHS;

c) NH 4 OH dan NH 4 Cl;

d)H 2 CO 3 dan NaHCO 3;

e)Ba(OH)2 dan BaOHCl.

7. Jenis sistem buffer asam basa apakah yang dimaksud dengan buffer protein?

a) asam lemah dan anionnya;

c) anion dari 2 garam asam;

e) ion dan molekul amfolit.

8. Jenis sistem buffer asam basa apa yang dimaksud dengan buffer amonia?

a) asam lemah dan anionnya;

b) anion garam asam dan sedang;

c) anion dari 2 garam asam;

d) basa lemah dan kationnya;

e) ion dan molekul amfolit.

9. Jenis sistem buffer asam basa apa yang dimaksud dengan buffer fosfat?

a) asam lemah dan anionnya;

b) anion garam asam dan sedang;

c) anion dari 2 garam asam;

d) basa lemah dan kationnya;

e) ion dan molekul amfolit.

10. Kapan sistem buffer protein bukan buffer?

a) pada titik isoelektrik;

b) saat menambahkan alkali;

c) saat menambahkan asam;

d) di lingkungan netral.

11. Rumus manakah yang cocok untuk menghitung sistem [OH - ]: NH 4 OH dan NH 4 Cl?

Kimia umum: buku teks / A.V. Zholnin; diedit oleh V.A.Popkova, A.V.Zholnina. - 2012. - 400 hal.: sakit.