Βασικά χημεία: Τι είναι ένα ρυθμιστικό;

ΕΝΑ ρυθμιστής είναι ένα λύση που περιέχει είτε a ασθενές οξύ και είναι άλας ή α αδύναμη βάση και είναι άλας, η οποία είναι ανθεκτική στις αλλαγές στο ρΗ. Με άλλα λόγια, ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα υδατικό διάλυμα είτε ενός ασθενούς οξέος και της συζευγμένης βάσης του είτε μιας ασθενούς βάσης και του συζευγμένου οξέος αυτού. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί επίσης να ονομάζεται ρυθμιστικό ρΗ, ρυθμιστικό ιόντων υδρογόνου ή ρυθμιστικό διάλυμα.

Ρυθμιστικά χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση ενός σταθερού ρΗ σε ένα διάλυμα, καθώς μπορούν να εξουδετερώνουν μικρές ποσότητες πρόσθετου οξέος βάσης. Για ένα δεδομένο ρυθμιστικό διάλυμα, υπάρχει ένα εύρος εργασίας ρΗ και μια καθορισμένη ποσότητα οξέος ή βάσης που μπορεί να εξουδετερωθεί πριν αλλάξει το ρΗ. Η ποσότητα οξέος ή βάσης που μπορεί να προστεθεί σε ρυθμιστικό διάλυμα πριν αλλάξει το ρΗ ονομάζεται χωρητικότητα ρυθμιστικού διαλύματος.

ο Henderson-Hasselbalch εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρηθεί το κατά προσέγγιση ρΗ ενός ρυθμιστικού διαλύματος. Για να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση, εισάγεται η αρχική συγκέντρωση ή στοιχειομετρική συγκέντρωση αντί της συγκέντρωσης ισορροπίας.

Η γενική μορφή μιας χημικής αντίδρασης ρυθμιστικού διαλύματος είναι:

HA ⇌ H⁺ + Α⁻

• αίμα - περιέχει ένα ρυθμιστικό σύστημα διττανθρακικού
• TRIS buffer
• φωσφορικού ρυθμιστικού διαλύματος

Όπως αναφέρθηκε, τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι χρήσιμα σε συγκεκριμένες περιοχές ρΗ. Για παράδειγμα, εδώ είναι η περιοχή pH των κοινών ρυθμιστικών παραγόντων:

Όταν παρασκευάζεται ένα ρυθμιστικό διάλυμα, το ρΗ του διαλύματος ρυθμίζεται ώστε να φτάσει στο σωστό εύρος τιμών. Τυπικά ένα ισχυρό οξύ, όπως το υδροχλωρικό οξύ (HCl) προστίθεται για να μειώσει το ρΗ των όξινων ρυθμιστικών. Μια ισχυρή βάση, όπως το διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (ΝαΟΗ), προστίθεται για αύξηση του ρΗ των αλκαλικών ρυθμιστικών.

Για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί ένα buffer, εξετάστε το παράδειγμα ενός ρυθμιστικού διαλύματος που γίνεται με διάλυση οξικού νατρίου σε οξικό οξύ. Το οξικό οξύ είναι (όπως μπορείτε να το πείτε από το όνομα) ένα οξύ: CH₃COOH, ενώ το οξικό νάτριο αποσυντίθεται σε διάλυμα για να δώσει την συζευγμένη βάση, οξικά ιόντα CH₃ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ^-. Η εξίσωση για την αντίδραση είναι:

CH₃COOH (υδατ.) + ΟΗ^-(aq) ⇆ CH₃ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ^-(υδ) + Η₂O (aq)

Εάν σε αυτό το διάλυμα προστεθεί ένα ισχυρό οξύ, το οξικό ιόν εξουδετερώνει:

CH₃ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ^-(υδ) + Η⁺(aq) ⇆ CH₃COOH (aq)

Αυτό μετατοπίζει την ισορροπία της αρχικής αντίδρασης ρυθμιστικού, διατηρώντας σταθερό το ρΗ. Μια ισχυρή βάση, από την άλλη πλευρά, θα αντιδράσει με το οξικό οξύ.

Τα περισσότερα ρυθμιστικά διαλύματα λειτουργούν σε σχετικά στενό εύρος pH. Εξαίρεση είναι το κιτρικό οξύ επειδή έχει τρεις τιμές pKa. Όταν μία ένωση έχει πολλαπλές τιμές ρΚα, διατίθεται ένα μεγαλύτερο εύρος ρΗ για ένα ρυθμιστικό διάλυμα. Είναι επίσης δυνατό να συνδυαστούν ρυθμιστικά, παρέχοντας τις τιμές ρΚα τους κοντά (διαφέρουν κατά 2 ή λιγότερες) και ρύθμιση του ρΗ με ισχυρή βάση ή οξύ για να φτάσει στην απαιτούμενη περιοχή. Για παράδειγμα, το ρυθμιστικό διάλυμα McIvaine παρασκευάζεται με συνδυασμό μιγμάτων Na₂ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ₄ και κιτρικό οξύ. Ανάλογα με την αναλογία μεταξύ των ενώσεων, το ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να είναι αποτελεσματικό από ρΗ 3.0 έως 8.0. Ένα μείγμα από το κιτρικό οξύ, το βορικό οξύ, το φωσφορικό μονοκάλιο και το διαιθυλικό βαρβιτικό οξύ μπορούν να καλύψουν το εύρος pH από 2,6 έως 12!

• Ένα ρυθμιστικό διάλυμα είναι ένα υδατικό διάλυμα που χρησιμοποιείται για να διατηρήσει το pH ενός διαλύματος σχεδόν σταθερό.
• Ένα ρυθμιστικό διάλυμα αποτελείται από ένα ασθενές οξύ και τη συζευγμένη βάση του ή μια ασθενή βάση και το σύζευγμα του οξέος.
• Η χωρητικότητα του ρυθμιστή είναι η ποσότητα οξέος ή βάσης που μπορεί να προστεθεί πριν αλλάξει το pH ενός ρυθμιστικού.
• Ένα παράδειγμα ρυθμιστικού διαλύματος είναι το δισανθρακικό στο αίμα, το οποίο διατηρεί το εσωτερικό pH του σώματος.

• Butler, J. Ν. (1964). Ιονική ισορροπία: μια μαθηματική προσέγγιση. Άντισον-Γουέσλι. Π. 151.
• Carmody, Walter R. (1961). "Εύκολη προετοιμασία ευρείας σειράς buffer". J. Chem. Εκπαιδεύστε. 38 (11): 559–560. doi:10.1021 / ed038p559
• Hulanicki, Α. (1987). Αντιδράσεις οξέων και βάσεων στην αναλυτική χημεία. Μετάφραση από τον Masson, Mary R. Horwood. ISBN 0-85312-330-6.
• Mendham, J.; Denny, R. ΝΤΟ.; Barnes, J. ΡΕ.; Thomas, M. (2000). "Παράρτημα 5". Το Εγχειρίδιο Ποσοτικής Χημικής Ανάλυσης του Vogel (5η έκδοση). Harlow: Εκπαίδευση Pearson. ISBN 0-582-22628-7.
• Scorpio, R. (2000). Βασικές αρχές των οξέων, βάσεων, ρυθμιστικών και εφαρμογής τους στα βιοχημικά συστήματα. ISBN 0-7872-7374-0.