pH Buffere, Syrer, og Baser | Introduktion til Kemi

Learning Objective

Forklare sammensætningen af buffer-løsninger, og hvordan de opretholder en stabil pH-værdi

Centrale Punkter

En grundlæggende løsning vil have en pH over 7.0, mens en sur opløsning har en pH-værdi under 7,0.,
buffere er opløsninger, der indeholder en svag syre og dens en konjugatbase; som sådan kan de absorbere overskydende H+– ioner eller OH-ioner og derved opretholde en samlet stabil pH i opløsningen.
pH er lig med den negative logaritme af koncentrationen af H + ioner i opløsning: pH = – log.,

Form

buffera løsning bestående af en svag syre og dens konjugerede base, der kan bruges til at stabilisere pH i en opløsning
alkalinehaving en pH større end 7; grundlæggende
acidichaving en pH mindre end 7

Self-Ionisering af Vand

Hydrogen ioner er spontant genereret i rent vand ved dissociation (ionisering) for en lille procentdel af vandmolekyler i lige antal af brint (H+) ioner og hydroxid (OH–) ioner., Hydro iidionerne forbliver i opløsning på grund af deres hydrogenbindinger med andre vandmolekyler; hydrogenionerne, der består af nøgne protoner, tiltrækkes straks af ikke-ioniserede vandmolekyler og danner hydroniumioner (H30+). Ved konvention henviser forskere til hydrogenioner og deres koncentration som om de var fri i denne tilstand i flydende vand.

2H_2O \leftrightharpoons H_3O^+ + OH^-

koncentrationen af hydrogen ioner dissociating fra rent vand er 1 × 10-7moles H+ ioner pr liter vand., PH-værdien er beregnet som den negative af 10-talslogaritmen af denne koncentration:

pH = -log

Den negative log af 1 × 10-7 er lige til 7,0, som også er kendt som neutral pH-værdi. Menneskelige celler og blod hver opretholde nær-neutral pH-værdi.

pH-Skalaen

pH i en opløsning angiver dens surhedsgrad eller basicity (alkalinitet). PH-skalaen er en invers logaritme, der spænder fra 0 til 14: alt under 7.0 (fra 0.0 til 6.9) er surt, og alt over 7.0 (fra 7.1 til 14.0) er grundlæggende (eller alkalisk). Ekstremer i pH i begge retninger fra 7.,0 betragtes normalt som ugæstfri for livet. PH-værdien i cellerne (6.8) og blod (7.4) er begge meget tæt på neutral, der henviser til, at miljøet i maven er stærkt sur med en pH-værdi på 1 til 2.

ikke-neutrale pH-aflæsninger skyldes opløsning af syrer eller baser i vand., Ved hjælp af den negative logaritme til at generere positive heltal, høje koncentrationer af hydrogen-ioner giver en lav pH, og lave koncentrationer en høj pH-værdi.

En syre er et stof, der øger koncentrationen af brintioner (H+) i en løsning, som regel ved dissociating en af sine hydrogen atomer. En base giver enten hydroxid-ioner (OH–) eller andre negativt-ladede ioner, der kan reagere med brint-ioner i en opløsning, hvorved koncentrationen af H+ og hæve pH-værdien.

Stærke Syrer og Stærke Baser

Jo stærkere syre, jo mere let det donerer H+., For eksempel er saltsyre (HCl) meget sur og dissocierer fuldstændigt til hydrogen– og chloridioner, mens syrerne i tomatsaft eller eddike ikke dissocierer fuldstændigt og betragtes som svage syrer; omvendt donerer stærke baser let OH-og/eller reagerer med hydrogenioner. Natriumhydroxid (NaOH) og mange rengøringsmidler er meget grundlæggende, og give op, OH– hurtigt, når de placeres i vand; OH – – ioner reagerer med H+ i opløsning, oprettelse af nye vandmolekyler og sænke mængden af frie H+ i system, og dermed øge den samlede pH., Et eksempel på en svag grundopløsning er havvand, som har en pH nær 8,0, tæt nok til neutral, at veltilpassede marine organismer trives i dette alkaliske miljø.

buffere

hvordan kan organismer, hvis kroppe kræver en næsten neutral pH, indtage sure og basiske stoffer (f. eks. Buffere er nøglen. Buffere består normalt af en svag syre og dens konjugatbase; dette gør det muligt for dem let at absorbere overskydende H+ eller OH–, hvilket holder systemets pH inden for et snævert område.,

vedligeholdelse af en konstant blod-pH er kritisk for en persons trivsel. Bufferen, der opretholder pH i humant blod, involverer kulsyre (H2CO3), bicarbonation (HCO3–) og kuldio .id (CO2). Når bikarbonationer kombineres med frie hydrogenioner og bliver kulsyre, fjernes hydrogenioner, hvilket modererer pH-ændringer., På samme måde, overskydende kulsyre kan omdannes til kuldioxid, gas-og udåndes gennem lungerne; dette forhindrer, at for mange frie brintioner fra bygningen op i blodet og faretruende reducere dens pH-værdi; på samme måde, hvis alt for meget, ÅH– er indført i systemet, kulsyre vil kunne kombinere med det at skabe bikarbonat, at sænke pH-værdien. Uden denne buffer system, kroppens pH ville svinge nok til at bringe overlevelse.,

Buffere i bodyThis diagram viser kroppens buffering af blod pH niveauer: blå pile viser processen for at hæve pH som mere CO2 gjort, at den lilla pile angiver, at den omvendte proces, sænke pH som mere bikarbonat er oprettet.

antacida, der bekæmper overskydende mavesyre, er et andet eksempel på buffere., Mange over-the-counter medicin virker på samme måde som blod buffere, ofte med mindst én ion (normalt carbonat) i stand til at absorbere hydrogen og modererende pH, bringe lindring til dem, der lider “halsbrand” fra mave syre efter at have spist.