מאגרי

Concepts Instructor Prep Student Protocol

141.6K views04:35 min

מאגרים הם פתרונות הפועלים לשמירה על pH קבוע במערכת ללא קשר לתוספת של חומצות חזקות או בסיסים. בהיעדר חוצצים, תוספת של חומצה חזקה או בסיס לתמיסה משנה את ה- pH באופן משמעותי. חוצצים הם קריטיים בחיי היומיום. לדוגמה, הדם פועל כחיץ והוא מסוגל לשמור על pH בין 7.35 ל 7.45 מאז pH מעל 7.8 או מתחת 6.8 יכול לגרום למוות.

אז איך עובד חיץ? חיץ הוא למעשה חומצה או בסיס חלש ובסיסו המצומד או החומצה שלו בשיווי משקל זה עם זה. קחו, למשל, חיץ עשוי חומצה אצטית ונתרן אצטט. תמיסת החיץ מכילה חומצה חלשה ומלח מצומד שלה, אשר מתנתק ליצירת אצטט בסיס מצומד. התמיסה היא חומצית מכיוון שה-K_a של חומצה אצטית גבוה מה-K_b של הבסיס המצומד.

זכור כי קבוע הדיסוציאציה, K_a או K_b, מגדיר את חוזק החומצה או הבסיס, בהתאמה, שכן הוא קבוע שיווי המשקל לדיסוציאציה של התרכובת במים. קבוע הדיסוציאציה יכול להיות מיוצג גם כ-pK_a, או היומן השלילי של K_a, כאשר ככל שה-pK_a קטן יותר, כך החומצה חזקה יותר. כנ"ל לגבי pK_b, שם ככל שה-pK_b קטן יותר, כך הבסיס חזק יותר.

אם נחזור למאגר האצטט, אם נוסיף בסיס חזק, כמו נתרן הידרוקסידי, יוני ההידרוקסיד יגיבו עם יוני ההידרוניום הנמצאים בתמיסה. זה גורם ליותר חומצה אצטית להגיב עם מים כדי לחזור לשיווי משקל, ובכך ליצור יותר יוני הידרוניום. אם נוסיף חומצה חזקה, כמו חומצה הידרוכלורית, נוצרים יותר יוני הידרוניום בתמיסה. יונים אלה מגיבים עם יוני אצטט ליצירת חומצה אצטית נוספת. בשני המקרים, יש שינוי קטן מאוד ב- pH של התמיסה.

זכור שלכל מאגר יש טווח pH ספציפי שבו הוא יכול לאגור פתרון. כאן אנו מראים עקומת טיטרציה עבור מאגר החומצה האצטית שלנו. טווח האגירה מסומן. אזור זה נקבע על ידי משוואת הנדרסון-האסלבלך, שאומרת לנו שה- pH של החיץ נקבע על ידי K_a של החומצה החלשה והיחס בין הבסיס המצומד לחומצה החלשה.

הרחק מה- pH הזה, החומצה החלשה או הבסיס של החיץ מתרוקנים, והוא אינו יכול לחצוץ pH. לכן, בעת בחירת מאגר עבור היישום שלך, בחר אחד שה- pK_a שלו קרוב ל- pH הרצוי.

לבסוף, לכל המאגרים יש גבול ליכולת האגירה שלהם, כלומר כמות החומצה או הבסיס שניתן להוסיף לתמיסת החיץ לפני שה- pH משתנה באופן משמעותי. לדוגמה, אם נוסיף יותר מדי חומצה לתמיסת חיץ החומצה האצטית והנתרן אצטט שלנו, נבצע פרוטונציה של כל יוני האצטט ונצבור יוני הידרוניום רבים, ובכך נוריד את רמת החומציות.

באופן דומה, אם נוסיף יותר מדי בסיס, נפרק את כל החומצה האצטית ונצבור הרבה יוני הידרוקסיד, ובכך נגדיל את ה- pH. לפיכך, יכולת האגירה מושפעת מריכוז החומצה החלשה והמלח המצומד. לכן, למאגר אצטט מולארי 1 יש יכולת אגירה גבוהה יותר מאשר למאגר אצטט מולארי 0.1.

במעבדה זו תכינו ותבחנו מאגרים עם מגוון רחב של טווחי pH. לאחר מכן תשתמש במאגרים שלך כדי לקבוע את ה- pK_a של מחוון pH, הנקרא אדום נייטרלי, ולחקור את השינוי ב- pK_a של אדום נייטרלי כאשר חלבון קושר ריבופלבין מוצג.

Overview

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאגרי

כאשר מוסיפים חומצה ארניוס (HA) למים, היא מתנתקת לבסיס המצומד שלה (A^-) ולקטיון מימן (H⁺).

HA + H₂O → H⁺_(aq) + A^-_(aq)

כמות יוני המימן הקיימים בתמיסה קובעת את חומציות התמיסה, כאשר יותר יוני מימן מצביעים על pH חומצי נמוך או יותר. באופן דומה, כאשר מוסיפים למים בסיס ארניוס חזק (BOH), הוא מתפרק לחומצה מצומדת (B⁺) ויון הידרוקסיד (OH^-).

BOH + H₂O → B⁺_(aq) + OH^-_(aq)

בדרך כלל, תוספת של חומצות חזקות או בסיסים לתמיסה משנה את ה- pH באופן דרמטי מכיוון שהחומצה או הבסיס מגיבים עם מולקולות המים בתמיסה, ומעלים את הריכוז של יוני מימן או יוני הידרוקסיד. עם זאת, ניתן למתן שינוי זה ב- pH באמצעות חיץ. מאגרים הם פתרונות הפועלים לשמירה על pH קבוע במערכת, ללא קשר לתוספת של חומצות חזקות או בסיסים.

לרוב, המרכיבים של חיץ הם זוג בסיס חומצה מצומד של חומצה חלשה או בסיס חלש. מסיבה זו, חומצות חזקות או בסיסים שמתנתקים לחלוטין במים יוצרים מאגרים גרועים מאוד וחומצות חלשות או בסיסים שמתנתקים חלקית יוצרים מאגרים טובים יותר. כאשר החיץ קיים, החומצה או הבסיס החזקים אינם מגיבים עם מולקולות המים הקיימות בתמיסה ובמקום זאת מגיבים עם בסיס החומצה/הצמידות החלש. התוצאה היא שינוי מועט, אם בכלל, ב- pH של התמיסה.

אפקט היונים המשותף

חיץ פועל באמצעות תופעה הנקראת אפקט היונים המשותף. אפקט היונים הנפוץ מתרחש כאשר יון נתון מתווסף לתערובת בשיווי משקל שכבר מכילה את היון הנתון. כאשר זה קורה, שיווי המשקל מתרחק מיצירת עוד יון זה.

לדוגמה, חומצה אצטית (CH₃COOH) מתנתקת מעט במים, ויוצרת את יון האצטט (CH₃COO^-) ואת יון המימן.

CH₃COOH_(aq) H₂O ⇔ H⁺_(aq) + CH₃COO^-_(aq)

אם מוסיפים יותר יון אצטט מנתרן אצטט מסיס, מיקום שיווי המשקל זז שמאלה ויוצר יותר חומצה אצטית לא מנותקת, וריכוז יוני המימן יורד. כאן, היון הנפוץ – אצטט – מדכא את הדיסוציאציה של חומצה אצטית.

חיץ חייב להכיל ריכוזים גבוהים של המרכיבים החומציים (HA) והבסיסיים(A^-) כדי לאגור תמיסה. אם כמות יוני המימן או ההידרוקסיד שנוספו למאגר קטנה, הם גורמים לכמות קטנה של רכיב חיץ אחד להפוך לשני. כל עוד ריכוז היונים הנוספים קטן בהרבה מהריכוזים של HA ו-A ^שכבר קיימים בחיץ, אזי ליונים הנוספים תהיה השפעה מועטה על ה-pH מכיוון שהם נצרכים על ידי אחד ממרכיבי החיץ. כאשר ריכוז המימן או ההידרוקסיד עולה על ריכוזי החומצה והבסיס המצומד שלה, אפקט האגירה אובד, וה- pH ישתנה.

משוואת הנדרסון-האסלבלך

קבוע הדיסוציאציה, K_a, של חומצה חלשה מחושב באמצעות ריכוזי החומצה הלא מנותקת HA, וריכוזי יוני המימן והבסיס המצומד, A^-.

משוואת קבוע דיסוציאציה של חומצה Ka=[H+][A-]/[HA], נוסחה כימית.

ערכי K_a גבוהים יותר מייצגים חומצות חזקות יותר, בעוד שערכי K_a קטנים יותר מייצגים חומצות חלשות יותר. כדי לקבוע את ריכוז יוני המימן, המשוואה מסודרת מחדש. בצורה זו, ברור כי היחס בין מיני חומצה למיני בסיס חשוב בקביעת ריכוז יוני המימן, ובהרחבה, pH.

משוואת דיסוציאציה של חומצה, [H+] = Ka × [HA]/[A-], מושג שיווי משקל כימי.

אם ניקח את הלוגריתם המשותף השלילי של שני הצדדים נקבל את משוואת הנדרסון-האסלבלך.

משוואת הנדרסון-האסלבלך; pH, pKa, תמיסת חיץ, שיווי משקל חומצה-בסיס, נוסחה כימית.

משוואת הנדרסון-האסלבלך מאפשרת חישוב של pH חיץ באופן ישיר, ללא צורך לחשב תחילה את ריכוז יוני המימן.

לדוגמה, ניתן להשתמש בו כדי לקבוע את ה- pH של חיץ 1 L לאחר הוספת 0.02 שומות של בסיס חזק. הבסיס החזק מתנתק לחלוטין, ולכן ריכוז יוני הידרוקסיל שנוספו הוא 0.02 מ '. זה יקטין את ריכוז החומצה על ידי 0.02. בהנחה שהריכוז המקורי של רכיבי החומצה (HA) והבסיס (A-) הוא 0.5 מ' כל אחד, ריכוז הבסיס החדש עולה ב-0.02 מ' ^ל-0.52 מ', בעוד שריכוז החומצה יורד ב-0.02 מ' ל-0.48 מ'. אם נדע את ה-pK_a של רכיב החומצה של החיץ, נוכל להחליף את ריכוזי הרכיבים החדשים האלה במשוואת הנדרסון-האסלבלך כדי לקבוע את ה-pH.

זה שימושי בקביעת קיבולת החיץ, או כמה חומצה חזקה או בסיס חזק ניתן להוסיף למאגר מבלי להשפיע באופן משמעותי על ה- pH.

קיבולת מאגר

קיבולת חיץ היא המדד ליכולתו של מאגר להתנגד לשינוי pH. יכולת זו תלויה בריכוז רכיבי החיץ, כלומר החומצה והבסיס המצומד שלה. לריכוז חיץ גבוה יותר יש קיבולת חיץ גדולה יותר. משמעות הדבר היא שיהיה צורך להוסיף כמות גדולה יותר של יוני מימן, או חומצה חזקה יותר, כדי להפר את שיווי המשקל ולשנות את ה- pH של החיץ.

קיבולת החיץ מושפעת גם מהריכוזים היחסיים של רכיבי החיץ. החיץ יעיל יותר כאשר ריכוזי הרכיבים דומים. אם יחס רכיב המאגר דומה, יחס ריכוז הרכיבים אינו משתנה באופן משמעותי כאשר מוסיפים חומצה או בסיס; יש להוסיף כמויות גדולות של חומצה או בסיס כדי לקזז את היחס ולשנות את ה- pH.

רמת החומציות של המאגר שונה מקיבולת החיץ שלו. טווח ה- pH הוא הטווח שבו המאגר יעיל. בדרך כלל, למאגרים יש טווח שמיש בתוך יחידת pH אחת של ה- pK_a של רכיב החומצה של המאגר.

הפניות

Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). כימיה ותגובתיות כימית. בלמונט, קליפורניה: Brooks/Cole, Cengage Learning.
זילברברג, מ. (2009). כימיה: הטבע המולקולרי של חומר ושינוי. בוסטון, מסצ'וסטס: מקגרו היל.

Procedure

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאגרים הם פתרונות הפועלים לשמירה על pH קבוע במערכת ללא קשר לתוספת של חומצות חזקות או בסיסים. בהיעדר חוצצים, תוספת של חומצה חזקה או בסיס לתמיסה משנה את ה- pH באופן משמעותי. חוצצים הם קריטיים בחיי היומיום. לדוגמה, הדם פועל כחיץ והוא מסוגל לשמור על pH בין 7.35 ל 7.45 מאז pH מעל 7.8 או מתחת 6.8 יכול לגרום למוות.

אז איך עובד חיץ? חיץ הוא למעשה חומצה או בסיס חלש ובסיסו המצומד או החומצה שלו בשיווי משקל זה עם זה. קחו, למשל, חיץ עשוי חומצה אצטית ונתרן אצטט. תמיסת החיץ מכילה חומצה חלשה ומלח מצומד שלה, אשר מתנתק ליצירת אצטט בסיס מצומד. התמיסה היא חומצית מכיוון שה-K_a של חומצה אצטית גבוה מה-K_b של הבסיס המצומד.

זכור כי קבוע הדיסוציאציה, K_a או K_b, מגדיר את חוזק החומצה או הבסיס, בהתאמה, שכן הוא קבוע שיווי המשקל לדיסוציאציה של התרכובת במים. קבוע הדיסוציאציה יכול להיות מיוצג גם כ-pK_a, או היומן השלילי של K_a, כאשר ככל שה-pK_a קטן יותר, כך החומצה חזקה יותר. כנ"ל לגבי pK_b, שם ככל שה-pK_b קטן יותר, כך הבסיס חזק יותר.

אם נחזור למאגר האצטט, אם נוסיף בסיס חזק, כמו נתרן הידרוקסידי, יוני ההידרוקסיד יגיבו עם יוני ההידרוניום הנמצאים בתמיסה. זה גורם ליותר חומצה אצטית להגיב עם מים כדי לחזור לשיווי משקל, ובכך ליצור יותר יוני הידרוניום. אם נוסיף חומצה חזקה, כמו חומצה הידרוכלורית, נוצרים יותר יוני הידרוניום בתמיסה. יונים אלה מגיבים עם יוני אצטט ליצירת חומצה אצטית נוספת. בשני המקרים, יש שינוי קטן מאוד ב- pH של התמיסה.

זכור שלכל מאגר יש טווח pH ספציפי שבו הוא יכול לאגור פתרון. כאן אנו מראים עקומת טיטרציה עבור מאגר החומצה האצטית שלנו. טווח האגירה מסומן. אזור זה נקבע על ידי משוואת הנדרסון-האסלבלך, שאומרת לנו שה- pH של החיץ נקבע על ידי K_a של החומצה החלשה והיחס בין הבסיס המצומד לחומצה החלשה.

הרחק מה- pH הזה, החומצה החלשה או הבסיס של החיץ מתרוקנים, והוא אינו יכול לחצוץ pH. לכן, בעת בחירת מאגר עבור היישום שלך, בחר אחד שה- pK_a שלו קרוב ל- pH הרצוי.

לבסוף, לכל המאגרים יש גבול ליכולת האגירה שלהם, כלומר כמות החומצה או הבסיס שניתן להוסיף לתמיסת החיץ לפני שה- pH משתנה באופן משמעותי. לדוגמה, אם נוסיף יותר מדי חומצה לתמיסת חיץ החומצה האצטית והנתרן אצטט שלנו, נבצע פרוטונציה של כל יוני האצטט ונצבור יוני הידרוניום רבים, ובכך נוריד את רמת החומציות.

באופן דומה, אם נוסיף יותר מדי בסיס, נפרק את כל החומצה האצטית ונצבור הרבה יוני הידרוקסיד, ובכך נגדיל את ה- pH. לפיכך, יכולת האגירה מושפעת מריכוז החומצה החלשה והמלח המצומד. לכן, למאגר אצטט מולארי 1 יש יכולת אגירה גבוהה יותר מאשר למאגר אצטט מולארי 0.1.

במעבדה זו תכינו ותבחנו מאגרים עם מגוון רחב של טווחי pH. לאחר מכן תשתמש במאגרים שלך כדי לקבוע את ה- pK_a של מחוון pH, הנקרא אדום נייטרלי, ולחקור את השינוי ב- pK_a של אדום נייטרלי כאשר חלבון קושר ריבופלבין מוצג.

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Transcript

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאגרים הם פתרונות הפועלים לשמירה על pH קבוע במערכת ללא קשר לתוספת של חומצות חזקות או בסיסים. בהיעדר חוצצים, תוספת של חומצה חזקה או בסיס לתמיסה משנה את ה- pH באופן משמעותי. חוצצים הם קריטיים בחיי היומיום. לדוגמה, הדם פועל כחיץ והוא מסוגל לשמור על pH בין 7.35 ל 7.45 מאז pH מעל 7.8 או מתחת 6.8 יכול לגרום למוות.

אז איך עובד חיץ? חיץ הוא למעשה חומצה או בסיס חלש ובסיסו המצומד או החומצה שלו בשיווי משקל זה עם זה. קחו, למשל, חיץ עשוי חומצה אצטית ונתרן אצטט. תמיסת החיץ מכילה חומצה חלשה ומלח מצומד שלה, אשר מתנתק ליצירת אצטט בסיס מצומד. התמיסה היא חומצית מכיוון שה-K_a של חומצה אצטית גבוה מה-K_b של הבסיס המצומד.

זכור כי קבוע הדיסוציאציה, K_a או K_b, מגדיר את חוזק החומצה או הבסיס, בהתאמה, שכן הוא קבוע שיווי המשקל לדיסוציאציה של התרכובת במים. קבוע הדיסוציאציה יכול להיות מיוצג גם כ-pK_a, או היומן השלילי של K_a, כאשר ככל שה-pK_a קטן יותר, כך החומצה חזקה יותר. כנ"ל לגבי pK_b, שם ככל שה-pK_b קטן יותר, כך הבסיס חזק יותר.

אם נחזור למאגר האצטט, אם נוסיף בסיס חזק, כמו נתרן הידרוקסידי, יוני ההידרוקסיד יגיבו עם יוני ההידרוניום הנמצאים בתמיסה. זה גורם ליותר חומצה אצטית להגיב עם מים כדי לחזור לשיווי משקל, ובכך ליצור יותר יוני הידרוניום. אם נוסיף חומצה חזקה, כמו חומצה הידרוכלורית, נוצרים יותר יוני הידרוניום בתמיסה. יונים אלה מגיבים עם יוני אצטט ליצירת חומצה אצטית נוספת. בשני המקרים, יש שינוי קטן מאוד ב- pH של התמיסה.

זכור שלכל מאגר יש טווח pH ספציפי שבו הוא יכול לאגור פתרון. כאן אנו מראים עקומת טיטרציה עבור מאגר החומצה האצטית שלנו. טווח האגירה מסומן. אזור זה נקבע על ידי משוואת הנדרסון-האסלבלך, שאומרת לנו שה- pH של החיץ נקבע על ידי K_a של החומצה החלשה והיחס בין הבסיס המצומד לחומצה החלשה.

הרחק מה- pH הזה, החומצה החלשה או הבסיס של החיץ מתרוקנים, והוא אינו יכול לחצוץ pH. לכן, בעת בחירת מאגר עבור היישום שלך, בחר אחד שה- pK_a שלו קרוב ל- pH הרצוי.

לבסוף, לכל המאגרים יש גבול ליכולת האגירה שלהם, כלומר כמות החומצה או הבסיס שניתן להוסיף לתמיסת החיץ לפני שה- pH משתנה באופן משמעותי. לדוגמה, אם נוסיף יותר מדי חומצה לתמיסת חיץ החומצה האצטית והנתרן אצטט שלנו, נבצע פרוטונציה של כל יוני האצטט ונצבור יוני הידרוניום רבים, ובכך נוריד את רמת החומציות.

באופן דומה, אם נוסיף יותר מדי בסיס, נפרק את כל החומצה האצטית ונצבור הרבה יוני הידרוקסיד, ובכך נגדיל את ה- pH. לפיכך, יכולת האגירה מושפעת מריכוז החומצה החלשה והמלח המצומד. לכן, למאגר אצטט מולארי 1 יש יכולת אגירה גבוהה יותר מאשר למאגר אצטט מולארי 0.1.

במעבדה זו תכינו ותבחנו מאגרים עם מגוון רחב של טווחי pH. לאחר מכן תשתמש במאגרים שלך כדי לקבוע את ה- pK_a של מחוון pH, הנקרא אדום נייטרלי, ולחקור את השינוי ב- pK_a של אדום נייטרלי כאשר חלבון קושר ריבופלבין מוצג.

Explore More Videos