1.4 Буферлік жүйелер мен ерітінділер туралы түсініктер, олардың құрамы және жіктелуі

Сұйылтқанда немесе қышқыл не сілті қосқанда рН–ы өзгермейтiн ертiндiлер буферлiк жүйелер деп аталады. Буферлiк жүйенiң құрамында протонның доноры және протонның акцепторы болады. Құрамына байланысты буферлiк жүйелер қышқылдық, негiздiк және амфолиттiк болып бөлiнедi.

Қышқылдық буферлiк жүйе донор болып есептелетiн әлсiз қышқылдан және акцептордың ролiн атқаратын анионы бар осы қышқылдың тұзынан тұрады. Мысалы, ацетатты, бикарбонатты буферлік жүйелер.

Ацетатты:

CH₃COOH – протонның доноры;

CH₃COO^– – протонның акцепторы.

Бикарбонаты:

H₂CO₃ – протонның доноры;

HCO₃^– – протонның акцепторы.

Негіздік буферлік жүйе әлсіз негізден (акцептор) және осы негiздiң катионы (донор) бар тұздан тұрады. Мысалы, аммиакты буферлік жүйе.

NH₄OH – протонның акцепторы;

NH₄⁺ – протонның доноры.

Амфолиттік буферлiк жүйе әрi донордың, әрi акцептордың ролiн атқаратын амфотерлiк қосылыстан тұрады. Мысалы, белок буферлік жүйесі.

1.4.1 Буферлiк жүйелердiң рН–ына әсер ететiн факторлар

Буферлiк ертiндiлердiң рН–ы Гендерсон–Гассельбах теңдеуi бойынша анықталады. Қышқылдық буферлiк ертiндiлердiң рН–ы мына теңдеумен есептеледi:

немесе

Негiздiк буферлiк ертiндiлер үшiн мына теңдеу қолданылады:

Бұл теңдеулер бойынша буферлiк жүйелердiң рН–ы қышқылдың немесе сiлтiнiң диссоциациялану константасына және буферлiк жүйенiң құрамындағы компаненттердiң қатынасына тәуелдi. Сондықтан да белгiлi бiр буферлiк жүйенi дайындау үшiн константалары сәйкес келетiн қышқыл немесе негiз алу керек, сол сияқты компоненттердiң қатынасы да есепке алынуы қажет. Мысалы :

Қышқыл : Тұз	Буферлiк жүйелердiң рН–ы
Негіз : Тұз	Ацетатты	Фосфатты	Аммиакты
9 : 1	3,72	5,91	10,28
8 : 1	4,05	6,24	9,95
7 : 3	4,27	6,47	9,73
6 : 4	4,45	6,64	9,55
5 : 5	4,63	6,81	9,37

Компоненттердiң қатынастары бiрдей болғанымен буферлiк жүйелердiң рН–ы әр түрлi, себебi қышқылдар мен негiздердiң диссоциациялану костанталары әр түрлi. Мысалы:

K_дис. CH₃COOH = 1,85 10^-5

К_дис. NH₄OH = 1,87 10^-5

K_дис. H₃PO₄ = 1,00 10^-7

Сұйылту кезiнде буферлiк жүйелердiң рН–ын сақтауы аса маңызды құбылыс, себебi биологиялық сұйықтарды пайдалану үшiн оларды қатты сұйылтуға тура келедi. Сұйылтудың буферлiк жүйелердiң рН–ына әсерi шамалы екендгi тәжiрибе жүзiнде анықталған. рН–ы компоненттердiң концентрациясы емес, қатынасына тәуелдi жүйелердi сұйылтқанда компоненттердiң концентрациясы бiрдей дәрежеде төмендейдi, сондықтан олардың қатынасы және рН–ы өзгермейдi:

Буферлiк ертiндiлердiң әсер ету механизмiнiң жалпы қағидалары

Күштi қышқыл немесе сiлтi қосқанда буферлiк жүйелердегi сутегi иондары концентрациясының өзгермеуi олардың негiзгi қасиетi болып табылады. Күштi қышқыл қосқанда сутегi иондары буферлiк жүйедегi протонның акцепторымен әрекеттеседi, соның нәтижесiнде сутегi иондарының концентрациясы өзгермейдi. Сiлтi қосқанда гидроксид–иондар буферлiк жүйедегi протонның донорымен әрекеттеседi, сол себептi рН өзгермейдi. Мысалы: Негiздiк буферлiк жүйеде бұл процесс былай жүредi:

NH₄OH + HCl = NH₄Cl + H₂O

NH₄OH + H⁺ + Cl^– = NH₄⁺ + Cl^– + H₂O

NH₄OH + H⁺ = NH₄⁺ + H₂O

NH₄Cl + NaOH = NH₄OH + NaCl

NH₄⁺ + Cl^– + Na⁺ + OH^– = NH₄OH + Na⁺ + Cl^–

NH₄⁺ + OH^– = NH₄OH

Қышқылдық буферлiк жүйелердегi қорғаныс процесiн былай көрсетуге болады, мысалы :

СН₃COONa + HCl = CH₃COOH + NaCl

CH₃COO^– + Na⁺ + H⁺ + Cl^– = CH₃COOH + Na⁺ + Cl^–

CH₃COO^– + H⁺ = CH₃COOH

Буферлiк жүйе күштi қышқылды әлсiз қышқылға айналдырады, сол себептi рН онша өзгермейдi.

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + Н₂О

CH₃COOH + Na⁺ + OH^– = CH₃COO^– + Na⁺ + H₂O

CH₃COOH + OH^– = CH₃COO^– + H₂O

Буферлiк жүйе OH^– ионды суға айналдырады, сол себептi pH өзгермейдi. Осылайша, кез келген буферлiк жуйеге күштi қышқыл қосқанда буферлiк ерiтiндiдегi протонның акцепторы, ал сiлтi қосқанда протонның доноры буферлiк жүйенi қорғайды.