Olarak kimya , bir tampon çözeltisi , yaklaşık olarak aynı muhafaza eden bir çözüm pH , bir küçük miktarlarının ilave rağmen asit veya bir baz veya rağmen seyreltme . Bu üç kriterden biri karşılanmazsa, çözüm bir sahte tampon çözeltisidir.
Bir tampon çözelti şunlardan oluşur:
İnsan kanında çift ile oluşturulan bir fizyolojik tampon çözüm bulmak H 2 CO 3 / HCO 3 - 7.35 ve 7.45 arasında, kan pH korur.
Çözeltilerin potansiyelini kabaca düzeltecek redoks tamponları ve çözeltilerin iyonik gücünü kabaca sabitleyecek iyonik tamponlar da vardır .
Çözeltide bulunan türler tarafından bir H + iyonunun emilmesi veya salınması sayesinde pH sabit tutulur . Örneğin, (sirkenin bileşenlerinden biri olan) asetik asit şunları verir:
Bu reaksiyon tersine çevrilebilir ve denge halindedir . Bu tip bir bileşik, bir çözelti içerisinde mevcut olduğunda, iki molekül türleri CH 3 COOH ve CH 3 COO - bu nedenle bulunmaktadır. Bu nedenle, bu çözeltiye örneğin bir asit eklenirse, bir kısmı aşağıdaki reaksiyonda tüketilir:
CH oranı 3 COO - ve CH 3 COOH türleri nedenle değiştirilmiş, ancak bu moleküllerin su içinde mevcut olmadığı, pH çok daha az değişmektedir. Buna " tamponlama etkisi " denir .
Önce Henderson-Hasselbalch denkleminde verilen pH tanımını alıyoruz .
Bu nedenle , [A - ] konjüge bazın konsantrasyonu ve [AH] asit konsantrasyonu ile birlikte olduğu düşünülmektedir .
Bir asitleştirme (yeni proton H + getirmek ) veya bir alkalileştirme ( mevcut H + protonlarını tüketmek ) , dengenin yer değiştirmesine bağlı olarak HA (ve A - 'nin ) miktarında değişikliğe neden olacaktır . Bu asitleştirmenin veya alkalileştirmenin etkisi, asit miktarındaki değişikliğin ölçülmesiyle takdir edilebilir.
Buradaki fikir, pH değerini asit miktarının bir fonksiyonu olarak ifade etmektir, ardından pH'ın en az değiştiği asit miktarını bulmaktır: bu, tamponlama etkisini aramaktır.
Varsa kimyasal dengede, n, bir AH mol olacak N - n, bir A mol - , burada n, asit AH ve konjuge baz A toplam miktarıdır - .
Asit ve eşlenik bazı aynı hacimde olduğundan, Henderson-Hasselbalch denkleminde hacim bazında sadeleştirebilir ve az önce ifade edilen miktarların bir oranını elde edebiliriz.
.Varyasyonu incelemek için, bu ilk ifadeye göre türetmeliyiz ve bulmalıyız
Bir ikinci türev (pH bir bükülme noktası ortaya n bir ) işareti varyasyonuyla yok olur:
Bu , pH'daki (pH ') değişimin mutlak (maksimum) bir ekstremumu kabul ettiği anlamına gelir .
PH ( n a ) azaldığından, türev fonksiyonunun maksimumu, pH'ta minimum bir değişim anlamına gelir : bu, tamponlama etkisidir.
Değerini bulmak için, n, bir , bu tampon etkisi sağlayacak şekilde çözebiliriz : bulduğumuz nedenle, n = (AH), N / 2 = N (A - ) ve [AH] = [A - ]. Bu tamponlama etkisi, böylece pH = p elde K a .
Biz onun p şekilde tampon çözümü seçmelisiniz açıklıyor K bir istenilen pH olabildiğince yakın gibidir.
Bir tampon çözeltisinin, tamponlama gücüyle ( PT veya τ olarak gösterilir ) pH'daki değişikliklere karşı savaşma yeteneği değerlendirilir .
Bir çözeltinin maksimum tamponlama kapasitesi, (örneğin) zayıf asit HA ve buna karşılık gelen anyon A - arasındaki bir eşmolar karışım için elde edilir . Bu durumda, pH s değerine eşit olan K a çözeltisi içinde çift.
PH kanıtı = p K aGerçekte, Henderson-Hasselbalch denklemine göre : [A - ] eşlenik bazın konsantrasyonu ve [AH] asit konsantrasyonu ile.
Bununla birlikte, tampon çözeltiler bağlamında, [AH] = [A - ].
Bu nedenleTampon çözeltisi konsantre olduğundan maksimum tamponlama kapasitesi daha da önemlidir: ( C ile zayıf asit ve buna karşılık gelen anyonun konsantrasyonu).
Tamponlama gücü ( PT ), tampon çözeltisinin rahatsız edici öğelere direnme yeteneğini gösteren işlevdir.
Bu tampon gücünü fonksiyon olarak tanımlıyoruz:
Amaç, pH'ın minimum varyasyonu için çözeltiye maksimum rahatsız edici öğe "y" getirecek şekilde bunu maksimum yapmaktır. Sistemin oluştuğu durum budur. Bu nedenle A = AH var . Bu miktar, C değişkeni ile belirtilir .
İlk ilişkiyi, pH = p K a + log (A - - y ) / (AH + y ) alıyoruz .
Bu ifadeyi türeterek pH '= 1 / ln (10) × (2 C ) / ( C 2 - y 2 ) elde ederiz . Tamponlama kapasitesinin daha önce gerçekleştirilen türevin tersi olduğu varsayılmıştır.
PT = ln (10) × ( C 2 - Y 2 ) / (2 C ) elde ederiz .
Maksimum tampon gücünü bulmak için, PT fonksiyonunu türetmeli ve PT ' = 0'ı çözmeliyiz. Rahatsız edici bir varlık eklemediğimizde tampon gücünün maksimum olduğunu, dolayısıyla y = 0 olduğunu gözlemleyebiliriz. Böylece PT max = elde ederiz .
Tampon çözümleri kullanılır: