Буферные соли. Буферные растворы буферные растворы. Применение буферных растворов в химическом анализе
Расчета рН буферных растворов осуществляется по уравнению Гендерсона – Гассельбаха:
– для кислотного буфера уравнение имеет вид
– для основного буфера
Уравнения показывают, что рН буферного раствора данного состава определяется отношением концентраций кислоты и соли или основания и соли, поэтому не зависит от разбавления. При изменении объема раствора концентрация каждого компонента изменяется в одинаковое число раз.
Буферная емкость
Способность буферных растворов сохранять постоянство рН ограничена. Т.е. прибавлять кислоту или щелочь, существенно не меняя рН буферного раствора, можно лишь в ограниченных количествах.
Величину, характеризующую способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот и щелочи, называют буферной ёмкостью раствора (В).
Буферная ёмкость измеряется количеством молей эквивалентов сильной кислоты или щелочи, добавление которой к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.
Математически буферная ёмкость определяется следующим образом:
В по кислоте (моль/л ил ммоль/л):
,
где n(1/z HA) – количество моль эквивалентов кислоты, рН 0 и рН – рН буферного раствора до и после добавления кислоты, V Б – объем буферного раствора.
В по щелочи (моль/л или ммоль/л):
,
где n (1/z ВОН) – количество моль эквивалентов щелочи, остальные обозначения те же.
Буферная ёмкость зависит от ряда факторов:
1. От природы добавляемых веществ и компонентов буферного раствора. Т.к. некоторые вещества могут образовывать нерастворимые соединения или комплексы или давать другие нежелательные реакции с компонентами буферной системы, тогда понятие буферной ёмкости теряет смысл.
2. От исходной концентрации компонентов буферной системы.
Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары в растворе, тем больше буферная ёмкость этого раствора.
Предел соотношения концентраций компонентов буферного раствора, при котором система все еще сохраняет свои свойства. Интервал рН = рК ± 1, называется зоной буферного действия системы. Это соответствует интервалу соотношения С соли /С к-ты от 1/10 до 10/1.
В к (крови) = 0,05моль/л; В к (плазмы) = 0,03 моль/л; В к (сыв.крови) = 0,025 моль/л
Буферные системы крови
Особенно большое значение буферные системы имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организмов. Значение рН большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервале от 6,8 до 7,8.
Кислотно – основное равновесие в крови человека обеспечивается гидрокарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой буферными системами. Нормальное значение рН плазмы крови 7,40 ± 0,05.
Гемоглобиновая буфернаясистемана 35% обеспечивает буферную емкость крови: 
. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Оксигемоглобин обычно бывает в виде калиевой соли.
Карбонатная буферная система:
по своей мощности занимает первое место. Она представлена угольной кислотой (Н 2 СО 3) и бикарбонатом натрия или калия (NaНСО 3 , КНСО 3) в пропорции 1/20. Бикарбонатный буфер широко используется для коррекции нарушений кислотно-основного состояния организма.
Фосфатная буферная система 
.
Дигидрофосфатобладает свойствами слабой кислоты и взаимодействует с поступившими в кровь щелочными продуктами. Гидрофосфат имеет свойства слабой щелочи и вступает в реакцию с более сильными кислотами.
Белковая буферная системаосуществляет роль нейтрализации кислот и щелочей благодаря амфотерным свойствам: в кислой среде белки плазмы ведут себя как основания, в основной – как кислоты: 
Буферные системы имеются и в тканях, что способствует поддержанию рН тканей на относительно постоянном уровне. Главными буферами тканей являются белки и фосфаты. Поддержание рН осуществляется также с помощью легких и почек. Через легкие удаляется избыток углекислоты. Почки при ацидозе выделяют больше кислого одноосновного фосфата натрия, а при алкалозе – больше щелочных солей: двухосновного фосфата натрия и бикарбоната натрия.
Примеры решения задач
Решение:
Рассчитываем рН кислотного буферного раствора по формуле , тогда
Ответ: 5,76
Решение:
Рассчитываем буферную емкость по формуле: 
Ответ: 0,021 моль/л
Пример 3.
Буферный раствор состоит из 100 мл 0,1моль/л уксусной кислоты и 200 мл 0,2моль/л ацетата натрия. Как изменится рН этого раствора, если к ней добавить 30 мл 0,2моль/л раствора гидроксида натрия.
Решение:
Рассчитываем рН буферного раствора по формуле:
При добавлении к буферному раствору NaOH увеличивается количество соли и уменьшается количество кислоты в буферном растворе:
0,006 0,006 0,006
СH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O
Рассчитываем n (NaOH) = 0,03 л · 0,2 моль/л = 0,006 моль, следовательно в буферном растворе количество кислоты уменьшается на 0,006 моль, а количество соли увеличится на 0,006 моль.
Рассчитываем рН раствора по формуле:
Отсюда: рН 2 – рН 1 = 5,82 – 5,3 = 0,52
Ответ: изменение рН буферного раствора = 0,52.
Задачи для самостоятельного решения
4. На титрование 2 мл крови для изменения рН от начального значения (7,36) до конечного значения (7,0) потребовалось добавить 1,6 мл 0,01 М раствора HCl. Рассчитайте буферную емкость по кислоте.
5. Сколько моль ацетата натрия необходимо добавить к 300 мл уксусной кислоты, чтобы понизить концентрацию ионов водорода в 300 раз (К дис (сн 3 соон) = 1,85.10 -5).
6. При биохимических исследованиях используют фосфатный буфер с рН= 7,4. В каком соотношении надо смешать растворы гидрофосфата натрия и дигидрофосфата натрия с концентрацией по 0,1 моль/л каждый, чтобы получить такой буферный раствор (рК(Н 2 РО 4 -) = 7,4).
7. Какие нарушения КОС наблюдаются при следующих показателях: рН крови = 7,20, Рсо 2 = 38 мм рт. ст., БО = 30 ммоль/л, СБО = -4 ммоль/л. Как устранить данное нарушение КОС?
Тестовые задания
20. Буферные растворы, природные буферные системы. Расчёт pH буферных систем, буферная ёмкость.
БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ – растворы, концентрация ионов водорода (рН) которых не изменяется от прибавления ограниченных количеств сильной кислоты или щелочи (см. водородный показатель). Б.р. состоят из смеси раствора слабой кислоты и ее соли сильного основания или, наоборот, - слабого основания и его соли сильной кислоты.
Многие природные жидкости обладают буферными свойствами. Примером может служить вода в океане, буферные свойства которой во многом обусловлены растворенным углекислым газом и гидрокарбонат-ионами НСО3–. Источником последних, помимо СО2, являются огромные количества карбоната кальция в виде раковин, меловых и известняковых отложений в океане. Интересно, что фотосинтетическая деятельность планктона – одного из основных поставщиков кислорода в атмосферу, приводит к повышению рН среды. Происходит это в соответствии с принципом Ле Шателье в результате смещения равновесия при поглощении растворенного углекислого газа. Когда в ходе фотосинтеза из раствора удаляется СО2, равновесие смещается вправо и среда становится более щелочной. В клетках организма гидратация СО2 катализируется ферментом карбоангидразой.
Клеточная жидкость, кровь также являются примерами природных буферных растворов. Так, кровь содержит около 0,025 моль/л углекислого газа, причем его содержание у мужчин примерно на 5% выше, чем у женщин. Примерно такая же в крови концентрация гидрокарбонат-ионов (их тоже больше у мужчин).
Расчет рН буферных систем.
для кислотных буферных систем: рН = рК (кислоты) + lg .
Для основных
буферных систем:
рН
=14 – рК
(основания)
– lg
где
рК (кислоты),
рК (основания)
- отрицательный десятичный логарифм
константы электролитической диссоциации
слабой кислоты; слабого основания.
Из
этих уравнений видно, что рН
кислотной (основной) буферной системы
зависит от природы слабого электролита
(рК
(кислоты)
,
рК
(основания)
)
и от соотношения концентраций соли и
кислоты (основания).
Буферная ёмкость раствора - способность раствора сохранять постоянной концентрацию определённых ионов (обычно применяется к ионам H +).
21. Кислоты и основания по Льюису.
Определение Льюиса . Льюис предложил более общее определение: кислота - это вещество, которое акцептирует электронную пару; основание - это вещество, которое предоставляет электронную пару .
Взаимодействие между кислотой и основанием, согласно этому определению, заключается в возникновении ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму:
На основании определений Льюиса все обычные лиганды (NH 3 , CN - , F - , Cl - и др.) можно рассматривать как основания, а все ионы металлов - как кислоты. Степень сродства иона металла к лиганду называют льюисовской кислотностью, а тенденция лиганда образовывать связи с ионом металла называется льюисовской основностью . Силы кислот и оснований Льюиса могут меняться в зависимости от природы партнера.
22. Гетерогенные равновесия. Произведение растворимости.
Равновесие в гетерогенной системе
в системе при условиях возможен переход вещества из одной фазы в другую. Признаком того, что система также находится в равновесии, т. е. не происходит перехода какого-либо компонента из одной фазы в другую, является равенство удельных химических потенциалов данного компонента в рассматриваемых фазах.
Одним из важнейших законов гетерогенного равновесия является правило фаз. Оно оперирует с основными понятиями о компоненте, фазе и числе степеней свободы. Два первых понятия определены выше.
Под термодинамическими степенями свободы подразумеваются независимые параметры системы, находящиеся в термодинамическом равновесии, которые могут принимать произвольные значения в определенном интервале, причем число фаз не изменяется.
Число степеней свободы (вариантность системы) – это число, указывающее, скольким параметрам, характеризующим состояние равновесной системы, можно давать произвольные значения без того, чтобы число фаз в системе изменилось.
Правило фаз: В изолированной равновесной системе число фаз плюс число степеней свободы равно числу компонентов плюс 2
Произведение растворимости (ПР , K sp) - произведение концентраций ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе при постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости - величина постоянная.
Буферный раствор используют для поддержания постоянного значения рН. Он состоит из смеси слабой кислоты НА и сопряженного основания А - . В буферном растворе сосуществуют равновесия:
НА + Н 2 О ↔ Н 3 О + + А -
А - + Н 2 О ↔ НА + ОН -
подавляющие друг друга при достаточно высоких С(НА) и С(А -); поэтому можно считать, что [НА] = С(НА) и [А - ] = С(А -). Используя выражение для К а НА и пренебрегая вкладом [Н 3 О + ] за счет диссоциации воды, получаем
То же выражение можно получить, используя константу второго равновесия.
ПРИМЕР 16. Рассчитайте рН буферного раствора, состоящего из 0.10 М уксусной кислоты и 0.10 М ацетата натрия.
Решение. Здесь выполняются все условия, позволяющие применить формулу (2-14) (уксусная кислота - слабая кислота, концентрации кислоты и сопряженного основания достаточно высоки). Поэтому
ПРИМЕР 17. Рассчитайте рН буферного раствора, состоящего из 0.10 М аммиака и 0.20 М хлорида аммония.
Решение. По формуле (2-14) находим
Важной характеристикой буферного раствора является буферная емкость. Добавление сильного основания (кислоты) к буферному раствору его рН может изменяться при изменении концентрации кислоты НА и сопряженного основания А - . Поэтому буферную емкость принято представлять в виде
если к буферному раствору добавляется сильное основание, и
если к буферному раствору добавляется сильная кислота. Запишем уравнение материального баланса для смеси одноосновной кислоты НА и сопряженного основания А - :
Выразим [НА] через К а НА и подставим в уравнение материального баланса. Найдем [А - ]:
(2-17)
Дифференцируя уравнение (2-17) по dpH с учетом, что dc осн = , получаем
(2-18)
Нетрудно видеть, что при рН = pК а НА, т.е. – С(НА) = С(А -), достигается максимальная буферная емкость. Можно показать, что
(2-19)
Формулы (2-18) и (2-19) вытекают одна из другой, если вспомнить, что [НА] = а (НА)С(НА) и [А - ] = а (А -)С(А -),а также выражения для а (НА) и а (А -).
Для сильно разбавленных буферных растворов следует учесть вклад диссоциации воды. В этом случае уравнение (2-19) усложняется:
Здесь первые два слагаемые описывают буферное действие воды, третье - буферное действие кислоты и сопряженного основания.
ПРИМЕР 18. Рассчитайте, как изменится рН, если к 1.0 л буферного раствора, состоящего из 0.010 М уксусной кислоты и 0.010 М ацетата натрия, добавить 1.0·10 -3 моль соляной кислоты.
Решение. Рассчитываем рН буферного раствора до добавления соляной кислоты:
Общая концентрация буферного раствора равна
Для такого достаточно концентрированного буферного раствора буферную емкость следует рассчитывать по формуле (2-18):
Расчет но формуле (2-19) дает тот же результат:
Рассчитываем изменение рН
Таким образом, после добавления соляной кислоты рН буферного раствора составит
рН = 4.75 - 0.087 = 4.66
Эту задачу можно решить, не прибегая к расчету буферной емкости, а найдя количества компонентов буферной смеси до и после прибавления НС1. В исходном растворе
ПРИМЕР 19 . Выведите выражение для максимальной буферной емкости раствора с общей концентрацией компонентов с.
Решение. Найдем условия, при которых буферная емкость максимальна. Для этого продифференцируем выражение (2-18) по рН и приравняем производную нулю
Отсюда [Н + ] = К а НА и, следовательно, С(НА) = С(А -).
Используя формулы (2-19) и (2-21), получаем, что
Расчет рН смесей кислот или оснований. Пусть в растворе содержатся две кислоты НА 1 и НА 2 . Если одна кислота намного сильнее другой, то почти всегда присутствием более слабой кислоты можно пренебречь, так как ее диссоциация подавлена. В противном случае необходимо учитывать диссоциацию обеих кислот.
Если HA 1 и НА 2 не слишком слабые кислоты, то пренебрегая автопротолизом воды, уравнение электронейтральности можно записать в виде:
[Н 3 О + ] = [А 1 - ] +
Найдем равновесные концентрации А 1 - и А 2 1 из выражений для констант диссоциации НА 1 и НА 2:
Подставим полученные выражения в уравнение электронейтральности
После преобразования получаем
Если степень диссоциации кислот не превышает 5%, то
Для смеси из п кислот
Аналогично для смеси одноосновных оснований
(2-21)
где К а 1 и К а 2 - константы диссоциации сопряженных кислот. На практике чаще, пожалуй, встречаются ситуации, когда одна (одно) из присутствующих в смеси кислот (оснований) подавляет диссоциацию других и поэтому для расчета рН можно учесть диссоциацию только этой кислоты (этого основания), а диссоциацией остальных пренебречь. Но могут встретиться и другие ситуации.
ПРИМЕР 20. Рассчитайте рН смеси, в которой общие концентрации бензойной и аминобензойной кислот равны соответственно 0.200 и 0.020 М.
Решение. Хотя величины констант диссоциации бензойной (К а = 1.62·10 -6 , обозначим К 1) и аминобензойной (К а = 1.10·10 -5 , обозначим K 2) кислот различаются почти на два порядка, из-за довольно большого различия концентраций кислот здесь необходимо учесть диссоциацию обеих кислот. Поэтому по формуле (2-20) находим
где С(кислоты) и С(соли) – молярные концентрации кислоты и соли.
Если равенство (3) прологарифмировать (взять отрицательный десятичный логарифм левой и правой частей уравнения), то получим:
где индексом «0» обозначены характеристики исходных растворов кислоты и соли, смешиванием которых получают требуемую буферную смесь.
Для буферной системы II типа В/ВН + , например аммонийной, гидроксидный и водородный показатели вычисляют по уравнениям:
где – показатель константы диссоциации основания.
В общем виде уравнение для расчета pH буферных систем выглядит следующим образом:
| , | (7) |
и называется уравнениемГендерсона-Гассельбаха .
Из уравнения Гендерсона-Гассельбаха следует, что:
1. Величина рН буферных растворов зависит от константы диссоциации кислоты или основания и от соотношения количеств компонентов, но практически не зависит от разбавления или концентрирования растворов. Действительно, в этих процессах концентрации компонентов буферного раствора изменяются пропорционально, поэтому их соотношение, которое определяет значение рН буферного раствора, остается неизменным.
Если концентрации компонентов буферных растворов превышают 0,1 моль/л, то в расчетах необходимо учитывать коэффициенты активности ионов системы.
2. Показатель константы диссоциации слабого электролита определяет область буферного действия раствора, т.е. тот интервал значений водородного показателя, в котором сохраняются буферные свойства системы. Поскольку буферное действие продолжается, пока не израсходовано 90% компонента (т.е. его концентрация не уменьшилась на порядок), то область (зона) буферного действия отличается от на 1 единицу:
Амфолиты могут иметь несколько зон буферного действия, каждая из которых отвечает соответствующей константе :
.
Таким образом, максимально допустимое соотношение компонентов раствора, при котором он проявляет буферное действие, составляет 10:1.
Пример 1. Можно ли приготовить ацетатный буфер с рН = 6,5, если уксусной кислоты равен 4,74?
Решение.
Поскольку зона буферного действия определяется как 
, для ацетатного буфера она находится в интервале значений рН от 3,74 до 5,74. Значение рН = 6,5 лежит за пределами зоны действия ацетатного буфера, поэтому на основе ацетатной буферной системы такой буфер приготовить нельзя.
Пример 2. Вычислить рН буферного раствора, в 100 мл которого содержится 1,2 г уксусной кислоты и 5,88 г ацетата калия, если для уксусной кислоты = 4,74.
Решение.
Молярные концентрации кислоты и соли в буферном растворе равны:
Подставив эти значения в уравнение (7), получим:
Решение.
Так как молярные концентрации кислоты и соли равны, то при расчете pH по формуле (5) можно использовать только объемное соотношение компонентов:
Пример 4. Рассчитать значение pH буферного раствора, полученного при сливании 20 мл раствора аммиачной воды с С(NH 3 ·H 2 O) = 0,02 моль/л и 10 мл раствора хлорида аммония с С(NH 4 Cl) = 0,01 моль/л. (NH 3 ·H 2 O) = 1,8·10 −5 . Найти рН буфера, разбавленного в 5 раз.
Решение.
В случае буферной системы II типа pH раствора рассчитывают по уравнению (6¢):
Подставив соответствующие значения, получим:
При разбавлении рН буферных растворов не изменяется. Следовательно, рН буферного раствора, разбавленного в 5 раз, будет равен 9,86.
Пример 5. Буферный раствор получен сливанием 100 мл раствора СН 3 СООН с С(СН 3 СООН) = 0,02 моль/л и 50 мл раствора CH 3 COONa с С(CH 3 COONa) = 0,01 моль/л. (СН 3 СООН) = 1,8×10 -5 . Рассчитать:
а) рН полученного буфера;
б) изменение рН буфера при добавлении 5 мл раствора HCl c C(HCl) = 0,01 моль/л.
в) буферную емкость раствора по щелочи.
Решение.
Для расчета рН полученного буфера воспользуемся формулой (5):
При добавлении кислоты протекает реакция:
СН 3 СОONa + HCl CH 3 COOH + NaCl,
в результате которой изменяются количества компонентов буферной системы.
С учетом соотношения n(x) = C(x)×V(x) уравнение (7) может быть представлено в виде:
.
Так как количества прореагировавших и образовавшихся веществ равны, то изменение количеств кислоты и соли в буферном растворе составит одну и туже величину x :
.
В исходной буферной смеси количества компонентов составляют:
Найдем величину x :
Таким образом, разность значений рН составит , т.е. изменение рН пренебрежимо мало.
Буферная емкость.
Прибавлять кислоту или щелочь, существенно не меняя рН буферного раствора, можно лишь в относительно небольших количествах, так как способность буферных растворов сохранять постоянство рН ограничена.
Величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот и щелочей, называется буферной емкостью (В). Различают буферную емкость по кислоте () и по щелочи ().
Буферная емкость (В) измеряется количеством кислоты или щелочи (моль или ммоль эквивалента), добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.
На практике буферную емкость определяют титрованием. Для этого определенный объем буферного раствора титруют сильной кислотой или щелочью известной концентрации до достижения точки эквивалентности. Титрование проводят в присутствии кислотно-основных индикаторов, при правильном выборе которых фиксируют состояние, когда компонент буферной системы прореагирует полностью. По полученным результатам рассчитывают величину буферной емкости ( или ):
 | (8) |
 | (9) |
где С( к-ты) , С( щел) - молярные концентрации эквивалента кислоты и щелочи (моль/л);
V(к-ты), V(щел) - объемы добавленных растворов кислоты или щелочи (л; мл);
V(буфера) - объем буферного раствора (л; мл);
pH 0 и pH - значения рН буферного раствора до и после титрования кислотой или щелочью (изменение рН берется по абсолютной величине).
Буферную емкость выражают в [моль/л] или в [ммоль/л].
Буферная емкость зависит от ряда факторов:
1. Чем больше абсолютное содержание компонентов пары основание/сопряженная кислота, тем выше буферная емкость буферного раствора.
Буферная емкость зависит от соотношения количеств компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буфера. Буферная емкость максимальна при равных количествах компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения.
3. При различном содержании компонентов буферные емкости раствора по кислоте и по щелочи отличаются. Так, в буферном растворе I типа чем больше содержание кислоты, тем больше буферная емкость по щелочи, а чем больше содержание соли, тем больше буферная емкость по кислоте. В буферном растворе II типа чем больше содержание соли, тем больше буферная емкость по щелочи, а чем больше содержание основания, тем больше буферная емкость по кислоте.
Пример 2. Для приготовления ацетатных буферных смесей растворы кислоты и соли одинаковой молярной концентрации были смешаны в следующих объемных соотношениях:
| Состав буферной системы | Объемные соотношения компонентов буферной системы | ||
| раствор I | раствор II | раствор III | |
| CH 3 COOH | |||
| CH 3 COONa |
Не прибегая к расчетам, определить, в каком из трёх буферных растворов будет наблюдаться:
а) наибольшее значение рН;
б) максимальная буферная емкость;
в) наибольшая буферная емкость по кислоте.
Решение.
В случае равных концентраций компонентов уравнение (5) принимает вид:
.
Так как во всех трех растворах одинакова, то значение pH буфера будет определяться соотношением . Следовательно, наибольшим значением pH будет обладать I раствор ():
Максимальной буферной емкостью характеризуется II раствор, так как в нем соотношение количеств компонентов составляет 1:1.
Буферная емкость по кислоте для ацетатного буфера определя-ется содержанием сопряженного основания, т.е. соли: чем оно больше, тем больше буферная емкость раствора по кислоте. Поэтому:
Таким образом, наибольшую емкость по кислоте будет иметь I раствор.
Для буферной системы I типа НА/A - концентрацию ионов Н + в растворе легко вычислить, исходя из константы диссоциации слабой кислоты (для простоты изложения вместо активностей ионов в выражении для будем использовать их концентрации):
НA ⇄ A - + H + ;
где С(кислоты) и С(соли) – молярные концентрации кислоты и соли.
Если равенство (3) прологарифмировать (взять отрицательный десятичный логарифм левой и правой частей уравнения), то получим:
где индексом «0» обозначены характеристики исходных растворов кислоты и соли, смешиванием которых получают требуемую буферную смесь.
Для буферной системы II типа В/ВН + , например аммонийной, гидроксидный и водородный показатели вычисляют по уравнениям:
где – показатель константы диссоциации основания.
В общем виде уравнение для расчета pH буферных систем выглядит следующим образом:
| , | (7) |
и называется уравнениемГендерсона-Гассельбаха .
Из уравнения Гендерсона-Гассельбаха следует, что:
1. Величина рН буферных растворов зависит от константы диссоциации кислоты или основания и от соотношения количеств компонентов, но практически не зависит от разбавления или концент-рирования растворов. Действительно, в этих процессах концентрации компонентов буферного раствора изменяются пропорционально, поэтому их соотношение, которое определяет значение рН буферного раствора, остается неизменным.
Если концентрации компонентов буферных растворов превы-шают 0,1 моль/л, то в расчетах необходимо учитывать коэффициенты активности ионов системы.
2. Показатель константы диссоциации слабого электролита опре-деляет область буферного действия раствора, т.е. тот интервал значе-ний водородного показателя, в котором сохраняются буферные свой-ства системы. Поскольку буферное действие продолжается, пока не израсходовано 90% компонента (т.е. его концентрация не уменьши-лась на порядок), то область (зона) буферного действия отличается от на 1 единицу:
Амфолиты могут иметь несколько зон буферного действия, каждая из которых отвечает соответствующей константе :
.
Таким образом, максимально допустимое соотношение компонентов раствора, при котором он проявляет буферное действие, составляет 10:1.
Пример 1. Можно ли приготовить ацетатный буфер с рН = 6,5, если уксусной кислоты равен 4,74?
Поскольку зона буферного действия определяется как 
, для ацетатного буфера она находится в интервале значений рН от 3,74 до 5,74. Значение рН = 6,5 лежит за пределами зоны действия ацетатного буфера, поэтому на основе ацетатной буферной системы такой буфер приготовить нельзя.
Буферная емкость.
Прибавлять кислоту или щелочь, существенно не меняя рН буферного раствора, можно лишь в относительно небольших коли-чествах, так как способность буферных растворов сохранять постоян-ство рН ограничена.
Величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот и щелочей, называется буферной емкостью (В). Различают буферную емкость по кислоте () и по щелочи ().
Буферная емкость (В) измеряется количеством кислоты или щелочи (моль или ммоль эквивалента), добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.
На практике буферную емкость определяют титрованием. Для этого определенный объем буферного раствора титруют сильной кислотой или щелочью известной концентрации до достижения точки эквивалентности. Титрование проводят в присутствии кислотно-основных индикаторов, при правильном выборе которых фиксируют состояние, когда компонент буферной системы прореагирует полностью. По полученным результатам рассчитывают величину буферной емкости ( или ):
 | (8) |
 | (9) |
где С( к-ты) , С( щел) - молярные концентрации эквивалента кислоты и щелочи (моль/л);
V(к-ты), V(щел) - объемы добавленных растворов кислоты или щелочи (л; мл);
V(буфера) - объем буферного раствора (л; мл);
pH 0 и pH - значения рН буферного раствора до и после титрования кислотой или щелочью (изменение рН берется по абсолютной величине).
Буферную емкость выражают в [моль/л] или в [ммоль/л].
Буферная емкость зависит от ряда факторов:
1. Чем больше абсолютное содержание компонентов пары основание/сопряженная кислота, тем выше буферная емкость буфер-ного раствора.
Буферная емкость зависит от соотношения количеств компо-нентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буфера. Буфер-ная емкость максимальна при равных количествах компонентов бу-ферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения.
3. При различном содержании компонентов буферные емкости раствора по кислоте и по щелочи отличаются. Так, в буферном растворе I типа чем больше содержание кислоты, тем больше буферная емкость по щелочи, а чем больше содержание соли, тем больше буферная емкость по кислоте. В буферном растворе II типа чем больше содержание соли, тем больше буферная емкость по щелочи, а чем больше содержание основания, тем больше буферная емкость по кислоте.
Поиск
Мы можем оповещать вас о новых статьях,