16.5: Tampon Etkinliği

Tampon çözeltiler, pH'sı nispeten sabit tutmak için sınırsız bir kapasiteye sahip değildir. Bunun yerine, bir tampon çözeltisinin pH'sındaki değişikliklere direnme yeteneği, onun eşlenik zayıf asit-baz çiftinin kayda değer miktarlarının varlığına bağlıdır. Tampon çiftinin herhangi bir üyesinin konsantrasyonunu önemli ölçüde düşürmek için yeterince güçlü asit veya baz eklendiğinde, çözelti içindeki tamponlama etkisi tehlikeye girer.

Tampon kapasitesi, pH önemli ölçüde değişmeden önce, genellikle bir birim tarafından, bir tampon çözeltisinin belirli bir hacmine eklenebilen asit veya baz miktarıdır. Tampon kapasitesi, bir tampon karışımında bulunan zayıf asit ve eşlenik baz miktarlarına bağlıdır. Örneğin, asetik asitte 1,0 M ve sodyum asetatta 1,0 M olan 1 L'lik bir çözelti, her iki çözelti de aynı pH'ya sahip olmasına rağmen, asetik asitte 0,10 M ve sodyum asetatta 0,10 M olan 1 L'lik bir çözeltiden daha büyük bir tampon kapasitesine sahiptir. İlk çözelti daha fazla tampon kapasitesine sahiptir, çünkü daha fazla asetik asit ve asetat iyonu içerir.

Uygun Tampon Karışımlarının Seçimi

Tampon karışımlarını seçmenin kullanışlı iki genel kuralı vardır:

1. İyi bir tampon karışımının her iki bileşeni de yaklaşık olarak eşit konsantrasyonlara sahip olmalıdır. Bir tampon çözelti, genellikle tampon çiftinin bir bileşeni diğerinin yaklaşık % 10'undan daha az olduğunda kullanışlılığını yitirmiştir.
2. Zayıf asitler ve tuzları, 7'nin altındaki pH'lar için tampon olarak daha iyidir; zayıf bazlar ve tuzları 7'den büyük pH'lar için tampon olarak daha iyidir.

Kan, tamponlama etkisinden sorumlu olan ana asit ve iyonun, karbonik asit, H₂CO₃ ve bikarbonat iyonu, HCO₃⁻ olduğu, tamponlu bir çözeltinin önemli bir örneğidir. Kan dolaşımına bir hidronyum iyonu eklendiğinde, öncelikle şu reaksiyonla çıkarılır:

Eklenen bir hidroksit iyonu bu reaksiyonla çıkarıldı:

Eklenen güçlü asit veya baz, böylece etkili bir şekilde tampon çiftinin çok daha zayıf asit veya bazına dönüştürülür (H₃O⁺, H₂CO₃'e dönüştürülür ve OH⁻, HCO₃⁻'ye dönüştürülür). Bu nedenle, insan kanının pH'sı, pK_a tampon çiftleri tarafından belirlenen değere çok yakın kalır, bu durumda 7,35’tir. Kan pH'sındaki normal değişiklikler genellikle 0,1'den azdır ve 0,4 veya daha yüksek pH değişiklikleri ölümcül olabilir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 14.6: Buffers.

Herhangi bir tamponun pH değişimine direnme etkinliği, zayıf asidin ve onun konjuge bazının veya zayıf bazın ve bunun konjugat asidinin konsantrasyon oranına ve bunların mutlak konsantrasyonlarına bağlıdır. Tampon aralığı, bir asit veya baz eklenmesi üzerine pH'ta önemli bir artışı veya azalmayı inhibe eden pH aralığıdır. Aralık, pKa'dan bir birim daha yüksek veya daha düşüktür.

Bu nedenle, etkili bir tampon olması için, zayıf asidin baza veya zayıf bazın aside oranının 10 ila 1 ila 1 ila 10 arasında olması gerekir. Henderson-Hasselbalch denklemi bu değerleri desteklemek için çözülebilir. Asidin konsantrasyonu azın konsantrasyonun on katı ise pH pKa'dan 1 birim daha az olacaktır.

Aksine, bazın konsantrasyonu asidin on katı ise, pH pKa'dan 1 birim daha fazla olacaktır. Bir tampon, zayıf asit ve eşlenik bazın konsantrasyonu eşit olduğunda ve pH, pKa'ya eşit olduğunda, tampon aralığının ortasında en etkilidir. Zayıf asit ve baz miktarları arasındaki fark arttıkça, tampon daha az etkili hale gelir.

Bu nedenle, asetik asit ve asetattan her biri 1 molar içeren tampon A, 0, 1 molar asetik asit ve 1 molar asetat içeren tampon B'den daha etkili olacaktır. Zayıf bir asit ve bazın mutlak konsantrasyonu ayrıca tamponun etkinliğini de belirler. Zayıf asit ve bazın konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, o kadar güçlü asit veya baz nötralize edebilir.

Bu nedenle, her biri formik asit ve formattan 1 molar içeren bir tampon, her biri 0, 1 molar olan bir tampondan daha etkilidir. Tampon kapasitesi, bir tamponun pH'ında önemli bir değişiklik olmadan önce nötralize edebileceği güçlü bir asit veya baz miktarıdır. Bu nedenle, tampon kapasitesi hem daha yüksek konsantrasyonlarda zayıf bir asit ve bunun eşlenik bazı ile hem de zayıf bir asidin baza oranı bire yaklaştığında artar.