Буферни соли. Буферни разтвори буферни разтвори. Приложение на буферни разтвори в химичния анализ
pH на буферните разтвори се изчислява с помощта на уравнението на Хендерсън-Хаселбах:
– за киселинен буфер уравнението има формата
– за основния буфер
Уравненията показват, че pH на буферен разтвор с даден състав се определя от съотношението на концентрациите на киселина и сол или основа и сол и следователно не зависи от разреждането. Когато обемът на разтвора се промени, концентрацията на всеки компонент се променя еднакъв брой пъти.
Буферен капацитет
Способността на буферните разтвори да поддържат постоянно pH е ограничена. Тези. добавянето на киселина или основа без значително изменение на pH на буферния разтвор е възможно само в ограничени количества.
Стойността, характеризираща способността на буферния разтвор да противодейства на изместването на реакцията на средата, когато се добавят киселини и основи, се нарича буферен капацитет на разтвора (В).
Буферният капацитет се измерва с броя молове еквиваленти на силна киселина или основа, чието добавяне към 1 литър буферен разтвор променя pH с единица.
Математически капацитетът на буфера се определя, както следва:
B чрез киселина (mol/l или mmol/l):
,
където n(1/z HA) е броят на моловете киселинни еквиваленти, pH 0 и pH е pH на буферния разтвор преди и след добавяне на киселината, V B е обемът на буферния разтвор.
В основа (mol/l или mmol/l):
,
където n (1/z BOH) е броят молове алкални еквиваленти, останалите обозначения са същите.
Буферният капацитет зависи от редица фактори:
1. От естеството на добавените вещества и компоненти на буферния разтвор. защото Някои вещества могат да образуват неразтворими съединения или комплекси или да дадат други нежелани реакции с компонентите на буферната система, тогава концепцията за буферен капацитет губи своето значение.
2. От първоначалната концентрация на компонентите на буферната система.
как повече количествоколкото компоненти на киселинно-алкална двойка в разтвор, толкова по-голям е буферният капацитет на този разтвор.
Границата на съотношението на концентрациите на компонентите на буферния разтвор, при което системата все още запазва свойствата си. Интервалът на pH = pK ± 1 се нарича буферна зона на системата. Това съответства на обхвата на съотношението сол/сол от 1/10 до 10/1.
В k (кръв) = 0,05 mol/l; V до (плазма) = 0,03 mol/l; V до (серумна кръв) = 0,025 mol/l
Кръвни буферни системи
Особено голяма стойностБуферните системи играят роля в поддържането на киселинно-алкалния баланс на организмите. Стойността на pH на повечето вътреклетъчни течности е в диапазона от 6,8 до 7,8.
Киселинно-алкалният баланс в човешката кръв се осигурява от хидрокарбонатни, фосфатни, протеинови и хемоглобинови буферни системи. Нормалната стойност на pH на кръвната плазма е 7,40 ± 0,05.
Буферната система на хемоглобина осигурява 35% буферен капацитет на кръвта: 
. Оксихемоглобинът е по-силна киселина от намаления хемоглобин. Оксихемоглобинът обикновено идва под формата на калиева сол.
Карбонатна буферна система :
Той е на първо място по силата си. Представлява се от въглена киселина (H 2 CO 3) и натриев или калиев бикарбонат (NaHCO 3, KHCO 3) в съотношение 1/20. Бикарбонатният буфер се използва широко за коригиране на нарушенията на киселинно-алкалното състояние на тялото.
Фосфатна буферна система 
.
Дихидрогенфосфатът има свойствата на слаба киселина и взаимодейства с алкални продукти, влизащи в кръвта. Водородният фосфат има свойствата на слаба основа и реагира с по-силни киселини.
Протеиновата буферна система играе ролята на неутрализиращи киселини и основи поради своите амфотерни свойства: в кисела среда плазмените протеини се държат като основи, в основна среда - като киселини: 
Буферни системи също присъстват в тъканите, които помагат за поддържане на pH на тъканите на относително постоянно ниво. Основните тъканни буфери са протеини и фосфати. pH също се поддържа от белите дробове и бъбреците. Излишният въглероден диоксид се отстранява през белите дробове. Бъбреците с ацидоза отделят повече киселинен моноосновен натриев фосфат, а с алкалоза - повече алкални соли: двуосновен натриев фосфат и натриев бикарбонат.
Примери за решаване на проблеми
Решение:
След това изчисляваме pH на киселинен буферен разтвор, използвайки формулата
отговор: 5,76
Решение:
Изчисляваме буферния капацитет по формулата: 
отговор: 0,021 mol/l
Пример 3.
Буферният разтвор се състои от 100 ml 0,1 mol/l оцетна киселина и 200 ml 0,2 mol/l натриев ацетат. Как ще се промени pH на този разтвор, ако към него се добавят 30 ml 0,2 mol/l разтвор на натриев хидроксид?
Решение:
Изчисляваме рН на буферния разтвор по формулата:
Когато NaOH се добави към буферен разтвор, количеството сол се увеличава и количеството киселина в буферния разтвор намалява:
0,006 0,006 0,006
CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O
Изчисляваме n (NaOH) = 0,03 l · 0,2 mol/l = 0,006 mol, следователно в буферния разтвор количеството киселина намалява с 0,006 mol, а количеството сол се увеличава с 0,006 mol.
Изчисляваме рН на разтвора по формулата:
Следователно: pH 2 – pH 1 = 5,82 – 5,3 = 0,52
отговор:промяна в pH на буферния разтвор = 0,52.
Проблеми за самостоятелно решаване
4. Титрирайте 2 ml кръв, за да промените pH от първоначална стойност(7.36) към крайна стойност(7.0) изисква добавянето на 1.6 ml 0.01 М разтвор на НС1. Изчислете капацитета на киселинния буфер.
5. Колко мола натриев ацетат трябва да се добавят към 300 ml оцетна киселина, за да се намали концентрацията на водородни йони 300 пъти (K dis (CH 3 coon) = 1.85.10 -5).
6. За биохимични изследвания се използва фосфатен буфер с pH = 7,4. В какво съотношение трябва да се смесват разтвори на натриев хидрогенфосфат и натриев дихидрогенфосфат с концентрация 0,1 mol/l всеки, за да се получи такъв буферен разтвор (pK(H 2 PO 4 -) = 7,4).
7. Какви нарушения на CBS се наблюдават при следните показатели: pH на кръвта = 7,20, Pco 2 = 38 mm Hg. Чл., BO = 30 mmol/l, SBO = -4 mmol/l. Как да премахнем това нарушение на CBS?
Тестови задачи
20. Буферни разтвори, естествени буферни системи. Изчисляване на pH буферни системи, буферен капацитет.
БУФЕРНИ РАЗТВОРИ– разтвори, чиято концентрация на водородни йони (рН) не се променя от добавянето на ограничени количества силна киселина или основа (виж стойността на рН). Б.р. се състои от смес от разтвор на слаба киселина и нейната сол на силна основа или, обратно, слаба основа и нейната сол на силна киселина.
Много естествени течности имат буферни свойства. Пример за това е океанската вода, чиито буферни свойства се дължат до голяма степен на разтворен въглероден диоксид и бикарбонатни йони HCO3–. Източникът на последното, в допълнение към CO2, са огромни количества калциев карбонат под формата на черупки, креда и варовикови утайки в океана. Интересното е, че фотосинтетичната активност на планктона, един от основните доставчици на кислород за атмосферата, води до повишаване на pH на околната среда. Това се случва в съответствие с принципа на Льо Шателие в резултат на промяна в равновесието при абсорбиране на разтворен въглероден диоксид. Когато CO2 се отстрани от разтвора по време на фотосинтезата, равновесието се измества надясно и средата става по-алкална. В телесните клетки хидратацията на CO2 се катализира от ензима карбоанхидраза.
Клетъчната течност и кръвта също са примери за естествени буферни разтвори. Така кръвта съдържа около 0,025 mol/l въглероден диоксид, а съдържанието му при мъжете е с около 5% по-високо, отколкото при жените. Концентрацията на бикарбонатните йони в кръвта е приблизително същата (има и повече от тях при мъжете).
Изчисляване на pH на буферни системи.
за киселинни буферни системи: pH = pK (киселини) +lg.
За основни буферни системи:
pH = 14 – pK (бази) –lg 
където pK (киселини), pK (основи) е отрицателният десетичен логаритъм на константата на електролитна дисоциация на слаба киселина; слаба основа. От тези уравнения става ясно, че pH на кисела (основна) буферна система зависи от естеството на слабия електролит (pK (киселини) , pK (бази) ) и от съотношението на концентрациите на сол и киселина (основа).
Капацитет на буферен разтвор - способността на разтвора да поддържа постоянна концентрация на определени йони (обикновено се прилага за H + йони).
21. Киселини и основи на Люис.
Дефиницията на Луис. Луис предложи по-общо определение: киселината е вещество, което приема електронна двойка; основата е вещество, което осигурява електронна двойка.
Взаимодействието между киселина и основа, съгласно тази дефиниция, се състои от образуване на ковалентна връзка чрез донорно-акцепторен механизъм:
Въз основа на дефинициите на Люис, всички обичайни лиганди (NH 3, CN -, F -, Cl - и т.н.) могат да се разглеждат като основи, а всички метални йони като киселини. Степента на афинитет на метален йон към лиганд се нарича киселинност на Люис, а тенденцията на лиганда да образува връзки с метален йон се нарича основност на Люис. Силата на киселините и основите на Луис може да варира в зависимост от природата на партньора.
22. Хетерогенни равновесия. Продукт на разтворимост.
Равновесие в хетерогенна система
В една система при определени условия е възможен преход на вещество от една фаза в друга. Признак, че системата също е в равновесие, т.е. няма преминаване на нито един компонент от една фаза в друга, е равенството на специфичните химични потенциали на даден компонент в разглежданите фази.
Един от най-важните закони на хетерогенното равновесие е фазовото правило. Работи с основните понятия компонент, фаза и брой степени на свобода. Първите две концепции са дефинирани по-горе.
Термодинамичните степени на свобода означават независими параметри на система, които са в термодинамично равновесие, които могат да приемат произволни стойности в определен интервал и броят на фазите не се променя.
Броят на степените на свобода (променливост на системата) е число, което показва колко параметри, характеризиращи състоянието на равновесна система, могат да бъдат дадени произволни стойности, без броят на фазите в системата да се променя.
Правило за фазите: В изолирана равновесна система броят на фазите плюс броят на степените на свобода е равен на броя на компонентите плюс 2
Продукт на разтворимост (PR, K sp) е продуктът на концентрациите на слабо разтворими йони електролитв неговия наситен разтворпри постоянна температура и налягане. Продуктът за разтворимост е постоянна стойност.
За поддържане на постоянна стойност на pH се използва буферен разтвор. Състои се от смес от слабата киселина HA и спрегнатата база A -. Следните равновесия съществуват едновременно в буферен разтвор:
HA + H 2 O ↔ H 3 O + + A -
A - + H 2 O ↔ HA + OH -
взаимно потискане при достатъчно високи C(HA) и C(A-); следователно можем да приемем, че [HA] = C(HA) и [A - ] = C(A -). Използвайки израза за K a NAи пренебрегвайки приноса на [H 3 O +] поради дисоциацията на водата, получаваме
Същият израз може да се получи с помощта на втората равновесна константа.
ПРИМЕР 16.Изчислете рН на буферен разтвор, състоящ се от 0,10 М оцетна киселина и 0,10 М натриев ацетат.
Решение.Тук са изпълнени всички условия, които позволяват да се приложи формула (2-14) (оцетната киселина е слаба киселина, концентрациите на киселината и спрегнатата основа са доста високи). Ето защо
ПРИМЕР 17.Изчислете рН на буферен разтвор, състоящ се от 0,10 М амоняк и 0,20 М амониев хлорид.
Решение.Използвайки формула (2-14), намираме
Важна характеристикабуферен разтвор е буферен капацитет. Добавяйки силна основа (киселина) към буферен разтвор, неговото рН може да се промени, когато се промени концентрацията на киселина НА и конюгирана база А -. Следователно буферният капацитет обикновено се представя във формата
ако към буферния разтвор се добави силна основа и
ако към буферния разтвор се добави силна киселина. Нека напишем уравнението на материалния баланс за смес от едноосновна киселина HA и спрегната основа A -:
Нека изразим [HA] чрез K a NAи го заместете в уравнението на материалния баланс. Нека намерим [A -]:
(2-17)
Диференцирайки уравнение (2-17) по отношение на dpH, като вземем предвид, че dc main = , получаваме
(2-18)
Лесно се вижда, че при pH = pK a NA, т.е. – C(HA) = C(A -), максималният буферен капацитет е постигнат. Може да се покаже, че
(2-19)
Формули (2-18) и (2-19) следват една от друга, ако помним, че [HA] = А(NA)C(NA) и [A - ] = А(A -)C(A -), както и изрази за А(NA) и А(А -).
За силно разредени буферни разтвори трябва да се вземе предвид приносът на водната дисоциация. В този случай уравнение (2-19) става по-сложно:
Тук първите два термина описват буферния ефект на водата, третият - буферния ефект на киселината и спрегнатата основа.
ПРИМЕР 18.Изчислете как ще се промени pH, ако 1,0 · 10 -3 mol се добави към 1,0 L буферен разтвор, състоящ се от 0,010 М оцетна киселина и 0,010 М натриев ацетат солна киселина.
Решение. Изчислете рН на буферния разтвор преди добавяне на солна киселина:
Общата концентрация на буферния разтвор е
За такъв достатъчно концентриран буферен разтвор, буферният капацитет трябва да се изчисли по формула (2-18):
Изчислението по формула (2-19) дава същия резултат:
Изчисляване на промяната на pH
По този начин, след добавяне на солна киселина, pH на буферния разтвор ще бъде
pH = 4,75 - 0,087 = 4,66
Този проблем може да бъде решен без да се прибягва до изчисляване на буферния капацитет, а чрез намиране на количествата на компонентите на буферната смес преди и след добавянето на НС1. В оригиналното решение
ПРИМЕР 19. Изведете израз за максималния буферен капацитет на разтвор с обща концентрация на компонентите c.
Решение.Нека намерим условията, при които капацитетът на буфера е максимален. За да направим това, диференцираме израз (2-18) по отношение на pH и приравняваме производната на нула
Следователно [H + ] = K a HA и, следователно, C(HA) = C(A -).
Използвайки формули (2-19) и (2-21), получаваме това
Изчисляване на pH на смеси от киселини или основи.Нека разтворът съдържа две киселини НА 1 и НА 2. Ако една киселина е много по-силна от друга, тогава присъствието на по-слабата киселина може почти винаги да бъде пренебрегнато, тъй като нейната дисоциация е потисната. В противен случай трябва да се вземе предвид дисоциацията на двете киселини.
Ако HA 1 и HA 2 не са твърде слаби киселини, тогава пренебрегвайки автопротолизата на водата, уравнението за електронеутралност може да бъде написано като:
[H 3 O + ] = [A 1 - ] +
Нека намерим равновесните концентрации на A 1 - и A 2 1 от изразите за константите на дисоциация на HA 1 и HA 2:
Нека заместим получените изрази в уравнението за електронеутралност
След трансформацията получаваме
Ако степента на киселинна дисоциация не надвишава 5%, тогава
За смес от пкиселини
По същия начин за смес от едноосновни бази
(2-21)
Къде К а 1И K a 2 -константи на дисоциация на спрегнати киселини. На практика по-често може би има ситуации, когато една (една) от киселините (основите), присъстващи в сместа, потиска дисоциацията на други и следователно, за да се изчисли рН, дисоциацията само на тази киселина (тази основа) може се вземат предвид, а дисоциацията на останалите може да се пренебрегне. Но могат да възникнат и други ситуации.
ПРИМЕР 20.Изчислете рН на смес, в която общите концентрации на бензоена и аминобензоена киселина са съответно 0,200 и 0,020 М.
Решение.Въпреки че стойностите на константите на дисоциация на бензоин (К а= 1,62·10 -6, означ К 1)и аминобензоена (K a = 1,10·10 -5, означ К2)киселините се различават с почти два порядъка поради доста голямата разлика в киселинните концентрации, необходимо е да се вземе предвид дисоциацията на двете киселини. Следователно, използвайки формула (2-20), намираме
Къде C (киселина)И C (сол)– моларни концентрации на киселина и сол.
Ако равенството (3) се вземе логаритмично (вземете отрицателния десетичен логаритъм от лявата и дясната страна на уравнението), получаваме:
където индексът "0" означава характеристиките на изходните разтвори на киселина и сол, чрез смесване на които се получава необходимата буферна смес.
За буферна система тип II B/BH +, например амониев, индикаторите за хидроксид и водород се изчисляват с помощта на уравненията:
където е индексът на основната константа на дисоциация.
IN общ изгледУравнението за изчисляване на pH на буферните системи е както следва:
| , | (7) |
и се нарича уравнение Хендерсън-Хаселбах.
От уравнението на Хендерсън-Хаселбах следва, че:
1. Стойността на pH на буферните разтвори зависи от константата на дисоциация на киселината или основата и от съотношението на количествата на компонентите, но практически не зависи от разреждането или концентрацията на разтворите. Наистина, при тези процеси концентрациите на компонентите на буферния разтвор се променят пропорционално, така че тяхното съотношение, което определя стойността на рН на буферния разтвор, остава непроменено.
Ако концентрациите на компонентите на буферните разтвори надвишават 0,1 mol/l, тогава при изчисленията трябва да се вземат предвид коефициентите на активност на системните йони.
2. Индикаторът за константата на дисоциация на слаб електролит определя областта на буферното действие на разтвора, т.е. този диапазон от стойности на рН, в който се запазват буферните свойства на системата. Тъй като буферното действие продължава до изчерпване на 90% от компонента (т.е. неговата концентрация не е намаляла с порядък), площта (зоната) на буферното действие се различава от с 1 единица:
Амфолитите могат да имат няколко зони на буферно действие, всяка от които съответства на съответната константа:
.
По този начин максимално допустимото съотношение на компонентите на разтвора, при което той проявява буферен ефект, е 10:1.
Пример 1.Възможно ли е да се приготви ацетатен буфер с pH = 6,5, ако оцетната киселина е 4,74?
Решение.
Тъй като буферната зона се определя като 
, за ацетатен буфер е в диапазона на pH от 3,74 до 5,74. Стойността на pH = 6,5 е извън обхвата на действие на ацетатния буфер, следователно такъв буфер не може да бъде приготвен на базата на ацетатната буферна система.
Пример 2.Изчислете pH на буферен разтвор, 100 ml от който съдържа 1,2 g оцетна киселина и 5,88 g калиев ацетат, ако за оцетна киселина = 4,74.
Решение.
Моларните концентрации на киселина и сол в буферния разтвор са:
Замествайки тези стойности в уравнение (7), получаваме:
Решение.
Тъй като моларните концентрации на киселина и сол са равни, при изчисляване на pH по формула (5) може да се използва само обемното съотношение на компонентите:
Пример 4.Изчислете стойността на рН на буферния разтвор, получен чрез изливане на 20 ml воден разтвор на амоняк с C(NH 3 ·H 2 O) = 0,02 mol/l и 10 ml разтвор на амониев хлорид с C(NH 4 Cl) = 0,01 mol/ л. (NH3H2O) = 1,8 · 10 −5. Намерете pH на буфера, разреден 5 пъти.
Решение.
В случай на буферна система тип II, pH на разтвора се изчислява с помощта на уравнение (6¢):
Замествайки съответните стойности, получаваме:
При разреждане pH на буферните разтвори не се променя. Следователно рН на буферен разтвор, разреден 5 пъти, ще бъде 9,86.
Пример 5.Буферният разтвор се получава чрез изливане на 100 ml разтвор на CH3COOH с C(CH3COOH) = 0,02 mol/l и 50 ml разтвор на CH3COONa с C(CH3COONa) = 0,01 mol/l. (CH3COOH) = 1.8×10-5. Изчислете:
а) рН на получения буфер;
б) промяна в pH на буфера при добавяне на 5 ml разтвор на HCl с C(HCl) = 0,01 mol/l.
в) буферен капацитет на разтвора за алкали.
Решение.
За да изчислим pH на получения буфер, използваме формула (5):
Когато се добави киселина, възниква следната реакция:
CH 3 COONa + HCl CH 3 COOH + NaCl,
в резултат на което се изменят количествата компоненти на буферната система.
Като се вземе предвид връзката n(x) = C(x)×V(x), уравнение (7) може да бъде представено като:
.
Тъй като количествата на реагиралите и образуваните вещества са равни, промяната в количествата киселина и сол в буферния разтвор ще бъде една и съща стойност х:
.
В изходната буферна смес количествата на компонентите са:
Нека намерим стойността х:
Така разликата в стойностите на pH ще бъде , т.е. промяната в pH е незначителна.
Буферен капацитет.
Възможно е да се добави киселина или основа, без да се променя значително pH на буферния разтвор, само в относително малки количества, тъй като способността на буферните разтвори да поддържат постоянно pH е ограничена.
Стойността, характеризираща способността на буферния разтвор да противодейства на изместването на реакцията на средата при добавяне на киселини и алкали, се нарича буферен капацитет (B).Има буферни капацитети за киселина () и основи ().
Буферният капацитет (B) се измерва с количеството киселина или основа (mol или mmol еквивалент), което, когато се добави към 1 литър буферен разтвор, променя рН с единица.
На практика буферният капацитет се определя чрез титруване. За да направите това, определен обем от буферния разтвор се титрува със силна киселина или основа с известна концентрация, докато се достигне точката на еквивалентност. Титруването се извършва в присъствието на киселинно-алкални индикатори, с правейки правилния изборкоито записват състоянието, когато компонентът на буферната система реагира напълно. Въз основа на получените резултати се изчислява стойността на буферния капацитет ( или ):
 | (8) |
 | (9) |
Къде С( уау), С( слот) -моларни концентрации на киселинен и алкален еквивалент (mol/l);
V(k-you), V(прорез) -обеми на добавени киселинни или алкални разтвори (l; ml);
V (буфери) -обем на буферния разтвор (l; ml);
pH 0И pH -Стойности на pH на буферния разтвор преди и след титруване с киселина или основа (промяната в pH се приема в абсолютна стойност).
Буферният капацитет се изразява в [mol/l] или [mmol/l].
Буферният капацитет зависи от редица фактори:
1. Колкото по-голямо е абсолютното съдържание на компонентите на двойката основа/конюгирана киселина, толкова по-висок е буферният капацитет на буферния разтвор.
Буферният капацитет зависи от съотношението на компонентите на буферния разтвор и следователно от pH на буфера. Капацитетът на буфера е максимален за равни количества компоненти на буферната система и намалява с отклонение от това съотношение.
3. При различно съдържание на компоненти, буферният капацитет на разтвора за киселина и основа е различен. По този начин, в буферен разтвор от тип I, колкото по-високо е съдържанието на киселина, толкова по-голям е капацитетът на алкалния буфер и колкото по-високо е съдържанието на сол, толкова по-голям е капацитетът на киселинния буфер. В буферен разтвор тип II, колкото по-голямо е съдържанието на сол, толкова по-голям е капацитетът на алкалния буфер и колкото по-голямо е основното съдържание, толкова по-голям е капацитетът на киселинния буфер.
Пример 2.За да се приготвят ацетатни буферни смеси, разтвори на киселина и сол със същата моларна концентрация се смесват в следните обемни съотношения:
| Състав на буферната система | Обемни съотношения на компонентите на буферната система | ||
| решение I | разтвор II | разтвор III | |
| CH3COOH | |||
| CH 3 COONa |
Без да прибягвате до изчисления, определете в кой от трите буферни разтвора ще се наблюдава следното:
а) най-високата стойност на pH;
б) максимален буферен капацитет;
в) най-големият буферен капацитет за киселина.
Решение.
В случай на равни концентрации на компонентите уравнение (5) приема формата:
.
Тъй като тя е еднаква и в трите разтвора, стойността на рН на буфера ще се определя от съотношението. следователно най-висока стойност pH разтвор, който ще имам ():
Разтвор II се характеризира с максимален буферен капацитет, тъй като съотношението на компонентите в него е 1:1.
Капацитетът на киселинния буфер за ацетатен буфер се определя от съдържанието на конюгираната база, т.е. соли: колкото по-високо е, толкова по-голям е киселинният буферен капацитет на разтвора. Ето защо:
Така разтвор I ще има най-голям киселинен капацитет.
За буферна система тип I HA/A, концентрацията на H + йони в разтвора може лесно да се изчисли въз основа на константата на дисоциация на слаба киселина (за простота на представянето, вместо йонни активности в израза за, ще използваме техните концентрации):
NA ⇄ A - + H + ;
Къде C (киселина)И C (сол)– моларни концентрации на киселина и сол.
Ако равенството (3) се вземе логаритмично (вземете отрицателния десетичен логаритъм от лявата и дясната страна на уравнението), получаваме:
където индексът "0" означава характеристиките на изходните разтвори на киселина и сол, чрез смесване на които се получава необходимата буферна смес.
За буферна система тип II B/BH +, например амониев, индикаторите за хидроксид и водород се изчисляват с помощта на уравненията:
където е индексът на основната константа на дисоциация.
Най-общо уравнението за изчисляване на pH на буферните системи е следното:
| , | (7) |
и се нарича уравнение Хендерсън-Хаселбах.
От уравнението на Хендерсън-Хаселбах следва, че:
1. Стойността на pH на буферните разтвори зависи от константата на дисоциация на киселината или основата и от съотношението на количествата на компонентите, но практически не зависи от разреждането или концентрацията на разтворите. Наистина, при тези процеси концентрациите на компонентите на буферния разтвор се променят пропорционално, така че тяхното съотношение, което определя стойността на рН на буферния разтвор, остава непроменено.
Ако концентрациите на компонентите на буферните разтвори надвишават 0,1 mol/l, тогава при изчисленията трябва да се вземат предвид коефициентите на активност на системните йони.
2. Индикаторът за константата на дисоциация на слаб електролит определя областта на буферното действие на разтвора, т.е. този диапазон от стойности на рН, в който се запазват буферните свойства на системата. Тъй като буферното действие продължава до изчерпване на 90% от компонента (т.е. неговата концентрация не е намаляла с порядък), площта (зоната) на буферното действие се различава от с 1 единица:
Амфолитите могат да имат няколко зони на буферно действие, всяка от които съответства на съответната константа:
.
По този начин максимално допустимото съотношение на компонентите на разтвора, при което той проявява буферен ефект, е 10:1.
Пример 1.Възможно ли е да се приготви ацетатен буфер с pH = 6,5, ако оцетната киселина е 4,74?
Тъй като буферната зона се определя като 
, за ацетатен буфер е в диапазона на pH от 3,74 до 5,74. Стойността на pH = 6,5 е извън обхвата на действие на ацетатния буфер, следователно такъв буфер не може да бъде приготвен на базата на ацетатната буферна система.
Буферен капацитет.
Възможно е да се добави киселина или основа, без да се променя значително pH на буферния разтвор, само в относително малки количества, тъй като способността на буферните разтвори да поддържат постоянно pH е ограничена.
Стойността, характеризираща способността на буферния разтвор да противодейства на изместването на реакцията на средата при добавяне на киселини и алкали, се нарича буферен капацитет (B).Има буферни капацитети за киселина () и основи ().
Буферният капацитет (B) се измерва с количеството киселина или основа (mol или mmol еквивалент), което, когато се добави към 1 литър буферен разтвор, променя рН с единица.
На практика буферният капацитет се определя чрез титруване. За да направите това, определен обем от буферния разтвор се титрува със силна киселина или основа с известна концентрация, докато се достигне точката на еквивалентност. Титруването се извършва в присъствието на киселинно-алкални индикатори, при правилния избор на които състоянието се записва, когато компонентът на буферната система реагира напълно. Въз основа на получените резултати се изчислява стойността на буферния капацитет ( или ):
 | (8) |
 | (9) |
Къде С( уау), С( слот) -моларни концентрации на киселинен и алкален еквивалент (mol/l);
V(k-you), V(прорез) -обеми на добавени киселинни или алкални разтвори (l; ml);
V (буфери) -обем на буферния разтвор (l; ml);
pH 0И pH -Стойности на pH на буферния разтвор преди и след титруване с киселина или основа (промяната в pH се приема в абсолютна стойност).
Буферният капацитет се изразява в [mol/l] или [mmol/l].
Буферният капацитет зависи от редица фактори:
1. Колкото по-голямо е абсолютното съдържание на компонентите на двойката основа/конюгирана киселина, толкова по-висок е буферният капацитет на буферния разтвор.
Буферният капацитет зависи от съотношението на компонентите на буферния разтвор и следователно от pH на буфера. Буферният капацитет е максимален при равни количества компоненти на буферната система и намалява при отклонение от това съотношение.
3. При различно съдържание на компоненти, буферният капацитет на разтвора за киселина и основа е различен. По този начин, в буферен разтвор от тип I, колкото по-високо е съдържанието на киселина, толкова по-голям е капацитетът на алкалния буфер и колкото по-високо е съдържанието на сол, толкова по-голям е капацитетът на киселинния буфер. В буферен разтвор тип II, колкото по-голямо е съдържанието на сол, толкова по-голям е капацитетът на алкалния буфер и колкото по-голямо е основното съдържание, толкова по-голям е капацитетът на киселинния буфер.
Търсене
Можем да ви уведомяваме за нови статии,