12.7 Puffer
Lernziele
- Puffer definieren.
- Identifizieren Sie die beiden Komponenten eines Puffers korrekt.
Wie in Abschnitt 12.4 „Starke und schwache Säuren und Basen und ihre Salze“ angegeben, sind schwache Säuren selbst in den Lebensmitteln, die wir essen, relativ häufig. Aber wir stoßen gelegentlich auf eine starke Säure oder Base, wie Magensäure, die einen stark sauren pH-Wert von 1,7 hat. Per Definition können starke Säuren und Basen eine relativ große Menge an H+− oder OH-Ionen produzieren und folglich ausgeprägte chemische Aktivitäten aufweisen., Darüber hinaus können sehr geringe Mengen an starken Säuren und Basen den pH-Wert einer Lösung sehr schnell verändern. Wenn 1 ml Magensäure in den Blutkreislauf gegeben würde und kein Korrekturmechanismus vorhanden wäre, würde der pH—Wert des Blutes von etwa 7,4 auf etwa 4,7 sinken-ein pH-Wert, der dem weiteren Leben nicht förderlich ist. Glücklicherweise hat der Körper einen Mechanismus, um solche dramatischen pH-Veränderungen zu minimieren.
Der Mechanismus beinhaltet einen Puffereine Lösung, die dramatischen pH-Veränderungen widersteht., eine Lösung, die dramatischen pH-Veränderungen widersteht., Puffer tun dies, indem sie aus bestimmten Paaren von gelösten Stoffen zusammengesetzt sind: entweder eine schwache Säure plus ein Salz aus dieser schwachen Säure oder eine schwache Base plus ein Salz dieser schwachen Base. Beispielsweise kann ein Puffer aus gelöstem HC2H3O2 (einer schwachen Säure) und NaC2H3O2 (dem von dieser schwachen Säure abgeleiteten Salz) bestehen. Ein weiteres Beispiel für einen Puffer ist eine Lösung, die NH3 (eine schwache Base) und NH4Cl (ein Salz, das von dieser schwachen Base abgeleitet ist) enthält.
Lassen Sie uns einen HC2H3O2/NaC2H3O2-Puffer verwenden, um zu demonstrieren, wie Puffer funktionieren., Wenn der Pufferlösung eine starke Base—eine Quelle von OH−(aq)—Ionen− zugesetzt wird, reagieren diese OH-Ionen mit dem HC2H3O2 in einer Säure−Basen−Reaktion:
HC2H3O2(aq) + OH− (aq) → H2O(ℓ) + C2H3O2 – (aq)
Anstatt den pH-Wert dramatisch zu ändern, indem die Lösung basisch gemacht wird, reagieren die hinzugefügten OH-Ionen zu H2O, so dass sich der pH-Wert nicht wesentlich ändert.
Wenn der Pufferlösung eine starke Säure—eine Quelle von H+—Ionen-zugesetzt wird, reagieren die H+ – Ionen mit dem Anion aus dem Salz. Da HC2H3O2 eine schwache Säure ist, wird es nicht viel ionisiert., Dies bedeutet, dass, wenn viele H+ – Ionen und C2H3O2− Ionen in derselben Lösung vorhanden sind, sie zusammenkommen, um HC2H3O2 zu bilden:
H+(aq) + C2H3O2−(aq) → HC2H3O2(aq)
Anstatt den pH-Wert dramatisch zu ändern und die Lösung sauer zu machen, reagieren die hinzugefügten H+ – Ionen, um Moleküle einer schwachen Säure zu bilden. Abbildung 12.2″ Die Aktionen von Puffern “ veranschaulicht beide Aktionen eines Puffers.
Abbildung 12.2 Die Aktionen von Puffern
Puffer können sowohl mit starken Säuren (oben) als auch mit starken Basen (Seite) reagieren, um große pH-Änderungen zu minimieren.,
Puffer aus schwachen Basen und Salzen schwacher Basen wirken ähnlich. Zum Beispiel können NH3− Moleküle in einem Puffer, der NH3 und NH4Cl enthält, mit überschüssigen H+−Ionen reagieren, die durch starke Säuren eingeführt werden:
NH3(aq) + H+(aq) → NH4+(aq)
während das NH4+(aq) – Ion mit beliebigen OH-Ionen reagieren kann, die durch starke Basen eingeführt werden:
NH4+(aq) + OH – (aq) → NH3(aq) + H2O(ℓ)
Beispiel 15
Die kombinationen von Verbindungen können eine Pufferlösung bilden?,
- HCHO2 und NaCHO2
- HCl und NaCl
- CH3NH2 und CH3NH3Cl
- NH3 und NaOH
Lösung
- HCHO2 ist Ameisensäure, eine schwache Säure, während NaCHO2 das Salz ist, das aus dem Anion der schwachen Säure (dem Formion) hergestellt wird. Die Kombination dieser beiden Lösungen würde eine Pufferlösung ergeben.
- HCl ist eine starke Säure, keine schwache Säure, daher würde die Kombination dieser beiden gelösten Stoffe keine Pufferlösung ergeben.
- CH3NH2 ist Methylamin, das wie NH3 ist, wobei eines seiner H-Atome durch eine CH3-Gruppe ersetzt wird. Weil es nicht in Tabelle 12 aufgeführt ist.,2 „Starke Säuren und Basen“, wir können davon ausgehen, dass es sich um eine schwache Base handelt. Die Verbindung CH3NH3Cl ist ein Salz, das aus dieser schwachen Basis hergestellt wird, so dass die Kombination dieser beiden gelösten Stoffe eine Pufferlösung bilden würde.
- NH3 ist eine schwache Basis, aber NaOH ist eine starke Basis. Die Kombination dieser beiden Lösungen würde keine Pufferlösung ergeben.
Testen Sie sich selbst
Welche Kombinationen von Verbindungen können eine Pufferlösung bilden?,
- NaHCO3 und NaCl
- H3PO4 und NaH2PO4
- NH3 und (NH4)3PO4
- NaOH und NaCl
Antworten
- nein
- ja
- ja
- nein
Puffer funktionieren gut nur für begrenzte Mengen zugesetzter starker Säure oder Base. Sobald einer der beiden gelösten Stoffe vollständig reagiert ist, ist die Lösung kein Puffer mehr und es können schnelle pH-Änderungen auftreten. Wir sagen, dass ein Puffer eine bestimmte Kapazität hatdie Menge an starker Säure oder Base, der ein Puffer entgegenwirken kann.., Puffer, in denen sich zunächst mehr gelöstes Material auflöst, haben, wie zu erwarten, größere Kapazitäten.
Menschliches Blut verfügt über ein Puffersystem zur Minimierung extremer pH-Veränderungen. Ein Puffer im Blut basiert auf dem Vorhandensein von HCO3− und H2CO3 . Wenn dieser Puffer vorhanden ist, wäre die Veränderung des pH-Werts des Blutes minimal, selbst wenn etwas Magensäure direkt in den Blutkreislauf gelangen würde. In vielen Körperzellen befindet sich ein Puffersystem auf Basis von Phosphationen.,
Essen und Trinken App: Die Säure, die Schmerzen lindert
Obwohl Medikamente nicht genau „Essen und Trinken“ sind, nehmen wir sie auf, also schauen wir uns eine Säure an, die wahrscheinlich die häufigste Medizin ist: Acetylsalicylsäure, auch Aspirin genannt. Aspirin ist bekannt als Schmerzmittel und Antipyretikum (Fieberminderer).
Die Struktur von Aspirin ist in der beigefügten Abbildung dargestellt. Der Säureteil ist eingekreist; Es ist das H-Atom in diesem Teil, das gespendet werden kann, da Aspirin als Brønsted-Lowry-Säure wirkt. Weil es in Tabelle 12 nicht angegeben ist.,2″ Starke Säuren und Basen“, Acetylsalicylsäure ist eine schwache Säure. Es ist jedoch immer noch eine Säure, und da manche Menschen täglich relativ große Mengen Aspirin zu sich nehmen, kann ihre saure Natur trotz der Abwehrkräfte des Magens gegen die eigene Magensäure Probleme in der Magenschleimhaut verursachen.
Abbildung 12.3 Die molekulare Struktur von Aspirin
Die eingekreisten Atome sind der Säureteil des Moleküls.
Da die sauren Eigenschaften von Aspirin problematisch sein können, bieten viele Aspirin-Marken eine „gepufferte Aspirin“ – Form des Arzneimittels an., In diesen Fällen enthält das Aspirin auch ein Puffermittel-normalerweise MgO -, das den Säuregehalt des Aspirins reguliert, um seine sauren Nebenwirkungen zu minimieren.
So nützlich und verbreitet Aspirin auch ist, es wurde ab 1899 offiziell als Medikament vermarktet. Die US Food and Drug Administration (FDA), die Regierungsbehörde, die mit der Überwachung und Genehmigung von Drogen in den Vereinigten Staaten beauftragt ist, wurde erst 1906 gegründet., Einige haben argumentiert, dass, wenn die FDA gebildet worden war, bevor Aspirin eingeführt wurde, Aspirin aufgrund seines Potenzials für Nebenwirkungen—gastrointestinale Blutungen, Klingeln in den Ohren, Reye-Syndrom (ein Leberproblem) und einige allergische Reaktionen-möglicherweise nie zugelassen wurde. In letzter Zeit wurde jedoch Aspirin für seine Wirkung bei der Verringerung von Herzinfarkten und Schlaganfällen angepriesen, so dass es wahrscheinlich ist, dass Aspirin hier bleibt.
Key Takeaway
- Ein Puffer ist eine Lösung, die plötzlichen pH-Änderungen widersteht.
-
Puffer definieren., Welche zwei verwandten chemischen Komponenten sind erforderlich, um einen Puffer herzustellen?
-
Kann ein Puffer hergestellt werden, indem eine starke Säure mit einer starken Base kombiniert wird? Warum oder warum nicht?
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Welche Kombinationen von Verbindungen können einen Puffer bilden? Nehmen Sie wässrige Lösungen an.
- HCl und NaCl
- HNO2 und NaNO2
- NH4NO3 und HNO3
- NH4NO3 und NH3
-
Welche Kombinationen von Verbindungen können einen Puffer bilden? Nehmen Sie wässrige Lösungen an.,
- H3PO4 und Na3PO4
- NaHCO3 und Na2CO3
- NaNO3 und Ca(NO3)2
- HN3 und NH3
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Schreiben Sie für jede Kombination in Übung 3, die ein Puffer ist, die chemischen Gleichungen für die Reaktionen der Pufferkomponenten, wenn eine starke Säure und eine starke Base hinzugefügt werden.
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Schreiben Sie für jede Kombination in Übung 4, die ein Puffer ist, die chemischen Gleichungen für die Reaktionen der Pufferkomponenten, wenn eine starke Säure und eine starke Base hinzugefügt werden.,
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Das komplette Phosphatpuffersystem basiert auf vier Substanzen: H3PO4, H2PO4−, HPO42− und PO43−. Welche verschiedenen Pufferlösungen können aus diesen Substanzen hergestellt werden?
-
Erklären Sie, warum NaBr weder in einem sauren noch in einem basischen Puffer eine Komponente sein kann.
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Es werden zwei Lösungen hergestellt, die die gleichen Konzentrationen an gelösten Stoffen enthalten. Eine Lösung besteht aus H3PO4 und Na3PO4, während die andere aus HCN und NaCN besteht. Welche Lösung sollte die größere Kapazität als Puffer haben?,
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Es werden zwei Lösungen hergestellt, die die gleichen Konzentrationen an gelösten Stoffen enthalten. Eine Lösung besteht aus NH3 und NH4NO3, während die andere aus H2SO4 und Na2SO4 besteht. Welche Lösung sollte die größere Kapazität als Puffer haben?
Puffer definieren., Welche zwei verwandten chemischen Komponenten sind erforderlich, um einen Puffer herzustellen?
Kann ein Puffer hergestellt werden, indem eine starke Säure mit einer starken Base kombiniert wird? Warum oder warum nicht?
Welche Kombinationen von Verbindungen können einen Puffer bilden? Nehmen Sie wässrige Lösungen an.
- HCl und NaCl
- HNO2 und NaNO2
- NH4NO3 und HNO3
- NH4NO3 und NH3
Welche Kombinationen von Verbindungen können einen Puffer bilden? Nehmen Sie wässrige Lösungen an.,
- H3PO4 und Na3PO4
- NaHCO3 und Na2CO3
- NaNO3 und Ca(NO3)2
- HN3 und NH3
Schreiben Sie für jede Kombination in Übung 3, die ein Puffer ist, die chemischen Gleichungen für die Reaktionen der Pufferkomponenten, wenn eine starke Säure und eine starke Base hinzugefügt werden.
Schreiben Sie für jede Kombination in Übung 4, die ein Puffer ist, die chemischen Gleichungen für die Reaktionen der Pufferkomponenten, wenn eine starke Säure und eine starke Base hinzugefügt werden.,
Das komplette Phosphatpuffersystem basiert auf vier Substanzen: H3PO4, H2PO4−, HPO42− und PO43−. Welche verschiedenen Pufferlösungen können aus diesen Substanzen hergestellt werden?
Erklären Sie, warum NaBr weder in einem sauren noch in einem basischen Puffer eine Komponente sein kann.
Es werden zwei Lösungen hergestellt, die die gleichen Konzentrationen an gelösten Stoffen enthalten. Eine Lösung besteht aus H3PO4 und Na3PO4, während die andere aus HCN und NaCN besteht. Welche Lösung sollte die größere Kapazität als Puffer haben?,
Es werden zwei Lösungen hergestellt, die die gleichen Konzentrationen an gelösten Stoffen enthalten. Eine Lösung besteht aus NH3 und NH4NO3, während die andere aus H2SO4 und Na2SO4 besteht. Welche Lösung sollte die größere Kapazität als Puffer haben?
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Ein Puffer ist die Kombination einer schwachen Säure oder Base und eines Salzes dieser schwachen Säure oder Base.,
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- nein
- ja
- nein
- ja
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3b: starke Säure: NO2− + H+ → HNO2; starke Basis: HNO2 + OH− → NO2− + H2O; 3d: starke Base: NH4+ + OH− → NH3 + H2O; starke Säure: NH3 + H+ → NH4+
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Puffer können aus drei Kombinationen hergestellt werden: (1) H3PO4 und H2PO4−, (2) H2PO4− und HPO42−, und (3) HPO42− und PO43−. (Technisch kann ein Puffer aus zwei beliebigen Komponenten hergestellt werden.,)
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Der Phosphatpuffer sollte die größere Kapazität haben.
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Ein Puffer ist die Kombination einer schwachen Säure oder Base und eines Salzes dieser schwachen Säure oder Base.,
- nein
- ja
- nein
- ja
3b: starke Säure: NO2− + H+ → HNO2; starke Basis: HNO2 + OH− → NO2− + H2O; 3d: starke Base: NH4+ + OH− → NH3 + H2O; starke Säure: NH3 + H+ → NH4+
Puffer können aus drei Kombinationen hergestellt werden: (1) H3PO4 und H2PO4−, (2) H2PO4− und HPO42−, und (3) HPO42− und PO43−. (Technisch kann ein Puffer aus zwei beliebigen Komponenten hergestellt werden.,)
Der Phosphatpuffer sollte die größere Kapazität haben.