Укажите вещество (вещества), которое может образовать буфер при добавлении к водному раствору аминокислоты глицина

Определение предмета и раздела:

Это задача на тему буферных растворов, которая относится к разделу химии — конкретно к разделу химического равновесия и кислотно-основных систем.

Введение:

Что такое буферный раствор?

Буферные растворы — это системы, состоящие из слабой кислоты и ее сопряженного слабого основания (или наоборот), которые могут поддерживать относительно постоянное значение pH при добавлении небольших количеств кислот или оснований. Примером буферного раствора может быть смесь слабой кислоты и её соли с сильным основанием, или слабого основания и его соли с сильной кислотой.

В случае аминокислоты, такой как глицин, она может существовать как в протонированной форме (при низких значениях pH, когда аминогруппа принимает ион водорода, \( -NH_3^+ \)), так и в депротонированной форме (когда кислотная группа \( -COOH \) отдает протон и формирует \( -COO^- \)).

Анализ возможных веществ:

1. HCl (хлорводородная кислота):
   • Это сильная кислота, которая полностью диссоциирует в растворе. Добавление HCl приведет к значительному изменению рН, но сам раствор HCl не будет образовывать буферный раствор вместе с глицином, так как буфер должен содержать слабую кислоту и её сопряжённое основание.
   • Не подходит.
2. KH2PO4 (фосфат калия однозамещенный):
   • Это соль слабой кислоты (фосфорной кислоты) и её сопряжённого слабого основания. Она может использоваться для создания фосфатного буфера, но для создания буферной системы на основе аминокислоты глицина фосфатные буферы не годятся, так как фосфатная система рН не связана с глицином.
   • Не подходит.
3. K2HPO4 (фосфат калия двузамещенный):
   • Это также фосфат, но в другой степени диссоциации. Как и в случае с KH2PO4, этот фосфат не будет подходить для создания буферного раствора в растворе глицина.
   • Не подходит.
4. CO2 (углекислый газ):
   • При растворении углекислого газа в воде образуется слабая угольная кислота. Однако это не будет хорошим выбором для создания буферного раствора вместе с глицином, так как буферная система на основе CO2 не связана с глицином.
   • Не подходит.
5. KCl (хлорид калия):
   • Хлорид калия не является ни слабой кислотой, ни слабым основанием и не может участвовать в создании буфера.
   • Не подходит.
6. H2NCH2COOH (глицин):
   • Глицин может выступать как слабая кислота (карбоксильная группа \( COOH \)) и как слабое основание (аминогруппа \( NH_2 \)). Именно глицин и его сопряженные формы могут быть частью буферной системы. Он может образовывать буферный раствор, поддерживающий рН вблизи значений изоэлектрической точки глицина.
   • Подходит — это основное вещество для буферной системы.
7. KHCO3 (гидрокарбонат калия):
   • Это слабое основание и может образовывать буферный раствор с угольной кислотой (H2CO3). Однако, в случае с аминокислотой глицином, это не является правильным выбором для создания буферного раствора.
   • Не подходит.
8. NaOH (гидроксид натрия):
   • Гидроксид натрия — это сильное основание. При добавлении к глицину NaOH будет способствовать депротонированию карбоксильной группы глицина, образуя анионную форму глицина (\( H_2NCH_2COO^- \)). Таким образом, NaOH может быть необходим для создания буферного раствора в сочетании с аминокислотой.
   • Подходит, поскольку может регулировать состояние ионов глицина.

Ответ:

• f. H2NCH2COOH (глицин)
• h. NaOH

Для образования буферного раствора с глицином нужно выбрать такие вещества, которые могут способствовать поддержанию равновесия между кислотной и основной формами глицина. Верными ответами будут: