что делает буфферы сильными регуляторами pH ??почему буфферы действуют при определенной зоне (именно ±1 unit above and below pKa ?), у них в это время HA больше или А- больше? (то есть хотела спросить что делает их лучшими буфферами именно в этих зонах ).pKa --H2CO3 —3.57 .Но оно хорошо работает в крови (ph --7.4)почему ??
Буферы - растворы слабых кислот и их сопряженных оснований (либо наоборот). Из-за того что в растворе одновременно присутствует и кислота и основание, буфер имеет определенную устойчивость к добавлению кислот и оснований. Вот к примеру такая реакция:
HA\rightleftharpoons H^++A^-
Если pH среды близок к pKa, то в растворе будет значительное количество HA и А-, при добавлении кислоты/основания они будут с ними реагировать.
HA+OH^-\rightarrow A^-+H_2O\\H^++A^-\rightarrow HA
Если pH будет значительно отличаться от pKa, то только одна форма будет доминировать в растворе. Буферы будут наиболее эффективны когда доли HA и А- равны.
Теперь про буферы в крови. Когда мы говорим про это реакцию:
H_2CO_3\rightleftharpoons H^++HCO_3^-
то нельзя забывать про еще одну:
CO_2(d)+H_2O\rightleftharpoons H_2CO_3
2 лайка
Одновременное наличие провоцированных и депротонированных форм. Например, если взять буферную систему \ce{H2CO3} и \ce{HCO3-}, первая - протонированная, вторая - депротонированная.
Посмотрим в действии. Если мы в раствор добавим кислоту \ce{H+}, она просто свяжется с \ce{HCO3-}
\ce{H+ + HCO3- \rightleftharpoons H2CO3}
А если добавим основание \ce{OH-}
\ce{OH- + H2CO3 \rightleftharpoons HCO3-}
Т.е. мы в какой-то степени нивелируем добавление кислоты или основания. Это можно продемонстрировать математически.
Допустим мы в чистую воду (1 л) (pH=7) добавим \pu{0.001 моль} одноосновной сильной кислоты. В растворе будет [H^+]=0.001 M. Значит pH станет равным 3. \Delta pH = -4
Для сравнения, допустим что у нас есть некий буфер, состоящий из HA и A^- в соотношении 1:1 (а именно по \pu{0.1 моль} каждого). Допустим pKa этого буфера равен 7.
Пренебрегая изменениями объемов, кислота будет реагировать с A^-, в итоге A^- станет 0.1-0.001=0.099 моль, а HA станет 0.101 моль. pH будет равен:
pH = pKa + \log \frac{[A^-]}{[HA]} = 7 + \log \frac{0.099}{0.101} = 6.99
И тогда \Delta pH = 0.01.
А если например добавить 0.099 моль кислоты:
pH = pKa + \log \frac{[A^-]}{[HA]} = 7 + \log \frac{0.001}{0.199} = 4.7
Так что ответ по большей степени связан с тем как ведет себя логарифмическая функция. А именно: нужны большие значения в дробях, чтобы значительно изменить pH
А здесь идея в том, что в буфере из карбоновой кислоты кислотность задает именно форма \ce{H2CO3}. Скажем, в любой момент времени у нас есть \alpha C моль/л именно этой формы. Если мы добавим равновесие
\ce{H2CO3 \rightleftharpoons H2O + CO2}
Получится, что часть от \alpha C прореагирует с образованием H_2O и CO_2. И останется у нас только k\alpha C где k<1. Т.е. у нас будет меньше H_2CO_3 способной диссоциировать (и задавать кислотность), а поэтому и pH будет выше
2 лайка