Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 706
Скачиваний: 33
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «АЛЕКСЕЕВСКИЙ АГРАРНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
На тему: «БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ»
Выполнила: Прыткова Анастасия Андреевна
Группа 13с 1 курс
Специальность: 36.02.01 «Ветеренария»
Руководитель: Галеева Эльмира Нургалиевна
2023г.Содержание
Основная часть
Понятие буферных решений.
Классификация буферов.
Механизм действия буферов.
Использование буферных растворов в химическом анализе.
Буферные системы в организме человека.
Практическая часть
Приготовление буферных растворов.
Реактивы, посуда, оборудования.
Приготовление раствора гидроксида натрия.
Приготовление раствора тетрабората натрия.
Расчет значения pH.
Измерение pH полученного буфера.
Заключение опыта.
Заключение.
Список использованной литературы.
Введение:
Многие реакции в растворе протекают в нужном направлении только при определенной концентрации ионов H +. Его изменение в ту или иную сторону от соответствующего оптимального значения приводит к появлению новых, часто нежелательных продуктов. В связи с этим поддержание постоянного значения рН в течение всей продолжительности реакции часто является важным условием ее успешного завершения.
Это особенно верно для биохимических процессов в живых организмах. Большинство из них катализируются различными ферментами или гормонами, проявляющими свою биологическую активность только в строго определенном и довольно узком диапазоне значений pH.
Растворы, которые могут поддерживать постоянную концентрацию ионов H +, когда к ним добавляются небольшие количества сильной кислоты или щелочи, а также при разбавлении, называются буферными растворами или буферными системами.
Целью данной работы является изучение литературы по различным буферным системам и приготовление одного из буферных растворов.
При выполнении этой работы предполагалось решить следующие задачи:
Провести литературный обзор существующих буферов.
Подготовить буферный раствор с указанным значением рН.
Объектом исследования является – изучение понятия буферных решений, а так же классификации буферов.
Методы исследования данного проекта -
являются использование буферных растворов в химическом анализе, а так же приготовление растворов для изучения данного проекта.
Основная часть
Понятие буферных решений
Буферные растворы - это растворы, pH которых практически не изменяется при разбавлении, а также при добавлении небольших количеств кислот или щелочей. В лабораторной практике очень часто необходимо работать с растворами, которые должны иметь определенное значение рН. Для этого готовятся буферные растворы.
Когда к воде добавляют небольшое количество кислоты или щелочи, концентрация ионов водорода и, следовательно, pH раствора изменяются. Если такие же количества кислоты или щелочи добавляют не в воду, а в смесь водных растворов слабой кислоты и ее соли или слабого основания и ее соли, то [H +] и, следовательно, pH раствора практически не изменится.
Свойство этих растворов сохранять неизменным концентрацию ионов водорода при разбавлении, добавляя к ним небольшое количество сильных кислот или щелочей, называется буферизацией.
Буферные растворы находятся в водах океанов, почвенных растворах и живых организмах. Они выполняют функции регуляторов, которые поддерживают активную реакцию среды на определенное значение, что необходимо для успешного протекания метаболических реакций.
Действие буферных растворов основано на том факте, что отдельные компоненты буферных смесей связывают ионы Н + или ОН– введенных в них кислот или оснований, образуя слабый электролит.
При добавлении небольших количеств кислоты или щелочи в буферные растворы и при разбавлении их pH практически не изменяется. Однако это верно только при добавлении кислот и щелочей в определенных пределах; если вы добавите их много, свойства буфера исчезнут, так как буферная емкость решения будет превышена.
На единицу буферной емкости смеси обычно берется емкость такого раствора, для изменения pH которой на единицу необходимо ввести 1 моль-эквивалент сильной кислоты или щелочи на 1 литр буфера. решение.
Если буферная емкость раствора A больше, чем буферная емкость раствора B, это означает, что для того, чтобы изменить pH раствора на одну единицу, в раствор A необходимо добавить более высокую концентрацию кислоты или щелочи, чем в раствор B.
Если к буферному раствору, имеющему различные концентрации компонентов, добавляют равные количества кислоты или щелочи, то рН раствора изменяется в различной степени.
Для одного и того же буферного раствора, чем выше концентрация его компонентов, тем выше буферная емкость.
Таким образом, мы можем сделать выводы:
- буферный раствор имеет определенную буферную емкость;
- растворы, содержащие равные концентрации слабой кислоты и ее соли или -слабого основания и ее соли, имеют максимальную буферную емкость;
- буферная емкость тем больше, чем выше концентрация компонентов буферной смеси.
Часто на практике возникает необходимость проводить операции или реакции при определенных значениях рН. И если в результате реакции высвобождаются ионы Н + или ОН-, то рН изменится, и кинетика, механизм процессов, растворимость осадков, ионизация соединений и т. д. Могут измениться. В этих случаях буферные растворы используются для поддержания определенного рН раствора.
Классификация буферов
Различают натуральные и искусственные буферы. Природный буферный раствор представляет собой кровь, содержащую бикарбонатную, фосфатную, белковую, гемоглобиновую и кислотную буферные системы. Искусственный буфер может представлять собой ацетатный буфер, состоящий из CH3COOH.
Буферные растворы могут быть кислыми (рН <7) или щелочными (рН> 7).
Буферные системы могут быть четырех типов:
1.Слабая кислота и ее анион: Например: ацетатная буферная система СН3СООNa и СН3СООН, зона действия pH = 3, 8 - 5, 8.
2.Слабая база и ее катион: Например: аммиачная буферная система NH3 и NH4Cl, диапазон действия pH = 8, 2 - 10, 2.
3.Анионы кислой и средней соли: Например: карбонатная буферная система Na2CO3 и NaHCO3, зона действия pH = 9, 3 - 11.
4.Смесь двух кислых солей: Например: фосфатная буферная система Na2HP04 и NaH2PO4, зона действия pH = 7,4 - 8.
Механизм действия буферов
Давайте разберемся, на чем основаны свойства буферных растворов, на примере буферной смеси уксусной кислоты и ацетата натрия.
Разведение водой
Уксусная кислота является слабой кислотой, кроме того, ее диссоциация дополнительно снижается за счет присутствия ацетата натрия (эффект действия иона того же названия). буферный раствор гидроксида тетрабората
Предположим, что рассматриваемый раствор разбавлен водой в 10 или 20 раз. Казалось бы, из-за сильного снижения концентрации уксусной кислоты концентрация ионов H + должна уменьшиться, но этого не происходит, потому что степень диссоциации уксусной кислоты увеличивается при разбавлении, поскольку концентрация ацетата натрия, который подавляет диссоциацию уксусной кислоты в этом растворе, уменьшается. Поэтому при разбавлении водой рН практически не меняется.
Добавление сильной кислоты
Когда небольшое количество сильной кислоты, такой как соляная кислота, добавляется в буферную смесь, происходит следующая реакция: CH3COONa + HCl = NaCl + CH3COOH.
Поступающие в раствор ионы Н + будут связываться с образованием молекул уксусной кислоты с низкой степенью диссоциации. Таким образом, концентрация ионов Н + вряд ли увеличится, а рН раствора практически не изменится.
Если к чистой воде добавить такое же количество кислоты, все ионы H + останутся в растворе, концентрация ионов водорода увеличится во много раз, и pH раствора заметно изменится. А водород, как вы знаете, является наиболее распространенным химическим элементом.
Добавление небольшого количества щелочи
Щелочь, добавленная в буферную смесь, реагирует с уксусной кислотой: CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O.
Ионы ОН- связаны ионами Н + уксусной кислоты с образованием недиссоциированных молекул воды. Однако потеря этих ионов восполняется в результате диссоциации молекул уксусной кислоты. Таким образом, pH раствора практически не изменится после добавления щелочи.
Если вы добавите щелочь в чистую воду, все ионы ОН- останутся в растворе. Концентрация ионов OH- резко возрастет, концентрация ионов H + соответственно уменьшится, и pH раствора заметно изменится.
Подобные явления наблюдаются при добавлении небольших количеств кислот и щелочей в другие буферные смеси.
Использование буферных растворов в химическом анализе
Буферные растворы широко используются в химическом анализе в тех случаях, когда, согласно условиям эксперимента, химическая реакция должна протекать с точным значением рН, которое не изменяется при разбавлении раствора или добавлении в него других реагентов.
Например, при окислительно-восстановительной реакции, при осаждении сульфидов, гидроксидов, карбонатов, хроматов, фосфатов и т. д.
Например: Ацетатный буферный раствор (CH3COONa и CH3COOH) используется для осаждения осадков, которые не осаждаются в кислых или щелочных растворах. Вредное воздействие кислот тормозит ацетат натрия, который реагирует с сильными кислотами.
Аммоний-аммониевый буферный раствор (NH3 и NH4Cl) используется для осаждения карбонатов бария, стронция, кальция и их отделения от ионов магния; при осаждении никеля, кобальта, цинка, марганца, сульфидов железа, а также при разделении гидроксидов алюминия, хрома, бериллия, титана, циркония, железа и др.
Буферный раствор формиата (HCOOH и HCOONa) используется для отделения ионов цинка, выделяющихся в присутствии ионов кобальта, никеля, марганца, железа, алюминия и хрома.
Фосфатно-солевой буфер (Na2HP04 и NaH2PO4) используется во многих окислительно-восстановительных реакциях.
Для успешного использования буферов для анализа необходимо помнить, что не каждая смесь подходит для этого анализа.
Буферная смесь выбирается в зависимости от ее назначения. Он должен удовлетворять определенному качественному составу, а его компоненты должны присутствовать в растворе в определенных количествах, поскольку влияние буферных смесей зависит от соотношения концентраций их компонентов.
Буферные системы в организме человека
Организм может быть определен как физико-химическая система, которая существует в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем поддерживать стационарное состояние в постоянно меняющейся среде определяет их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов - от морфологически самых простых до самых сложных - были разработаны различные анатомические, физиологические и поведенческие адаптации, служащие одной и той же цели - поддержание постоянства внутренней среды.
Это относительное динамическое постоянство внутренней среды (кровь, лимфа, тканевая жидкость) и стабильность основных физиологических функций (кровообращение, дыхание, терморегуляция, обмен веществ и т. д.) Организма человека и животного называют гомеостазом.
Этот процесс осуществляется в основном за счет активности легких и почек за счет дыхательной и выделительной функций. В основе гомеостаза лежит поддержание кислотно-щелочного баланса.
Основной функцией буферных систем является предотвращение значительных изменений pH путем взаимодействия буфера с кислотой и основанием. Действие буферных систем в организме направлено прежде всего на нейтрализацию образующихся кислот.
Несколько различных буферных систем существуют одновременно в организме. Функционально их можно разделить на бикарбонатные и некарбонатные. Некарбонатная буферная система включает гемоглобин, различные белки и фосфаты. Наиболее активно он действует в крови и внутри клеток .
Бикарбонат является ключевым компонентом основной буферной системы организма. Он состоит из двух кислотно-основных частей в динамическом равновесии: углекислота / бикарбонат-ион и бикарбонат-ион / карбонат-ион.