ค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์คำนวณตามสมการ Henderson-Hasselbach:

– สำหรับกรดบัฟเฟอร์ สมการจะมีรูปแบบ

– สำหรับบัฟเฟอร์หลัก

สมการแสดงว่าค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ขององค์ประกอบที่กำหนดถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความเข้มข้นของกรดและเกลือ หรือเบสกับเกลือ ดังนั้นจึงไม่ขึ้นอยู่กับการเจือจาง เมื่อปริมาตรของสารละลายเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นของส่วนประกอบแต่ละชนิดจะเปลี่ยนไปในจำนวนครั้งที่เท่ากัน

ความจุบัฟเฟอร์

ความสามารถของสารละลายบัฟเฟอร์ในการรักษาค่า pH ให้คงที่นั้นมีจำกัด เหล่านั้น. การเติมกรดหรือด่างโดยไม่เปลี่ยนค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์อย่างมีนัยสำคัญสามารถทำได้ในปริมาณที่จำกัดเท่านั้น

ค่าที่ระบุถึงความสามารถของสารละลายบัฟเฟอร์ในการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาของตัวกลางเมื่อเติมกรดและด่างเรียกว่า ความจุบัฟเฟอร์ของสารละลาย (B)

ความจุของบัฟเฟอร์วัดจากจำนวนโมลที่เทียบเท่าของกรดแก่หรือเบสแก่ ซึ่งการเติมสารละลายบัฟเฟอร์ 1 ลิตรจะเปลี่ยนค่า pH หนึ่ง

ในทางคณิตศาสตร์ ความจุของบัฟเฟอร์ถูกกำหนดดังนี้:

B โดยกรด (โมล/ลิตร หรือ มิลลิโมล/ลิตร):

,

โดยที่ n(1/z HA) คือจำนวนโมลเทียบเท่าของกรด pH 0 และ pH คือค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ก่อนและหลังการเติมกรด V B คือปริมาตรของสารละลายบัฟเฟอร์

ในอัลคาไล (โมล / ลิตรหรือมิลลิโมล / ลิตร):

,

โดยที่ n (1/z VOH) คือจำนวนโมลที่เทียบเท่าของอัลคาไล ชื่อที่เหลือจะเหมือนกัน

ความจุของบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ:

1. จากลักษณะของสารที่เติมและส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์ เพราะ สารบางชนิดสามารถก่อตัวเป็นสารประกอบหรือสารเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำ หรือทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ กับส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์ จากนั้นแนวคิดเรื่องความจุของบัฟเฟอร์จะสูญเสียความหมายไป

2. จากความเข้มข้นเริ่มต้นของส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์

ยิ่งจำนวนส่วนประกอบของคู่กรด-เบสในสารละลายมากเท่าใด ความจุของบัฟเฟอร์ของสารละลายนี้ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ขีด จำกัด ของอัตราส่วนของความเข้มข้นของส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์ซึ่งระบบยังคงรักษาคุณสมบัติไว้ ช่วงค่า pH = pK ± 1 เรียกว่าโซนของบัฟเฟอร์แอคชันของระบบ ซึ่งสอดคล้องกับช่วงของอัตราส่วนที่มีเกลือ /C ต่อคุณตั้งแต่ 1/10 ถึง 10/1

B ถึง (เลือด) \u003d 0.05 โมล / ลิตร; B ถึง (พลาสมา) \u003d 0.03 mol / l; B ถึง (ซีรั่มเลือด) = 0.025 โมล / ลิตร

ระบบบัฟเฟอร์เลือด

ระบบบัฟเฟอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาสมดุลกรดเบสของสิ่งมีชีวิต ค่า pH ของของเหลวภายในเซลล์ส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 6.8 ถึง 7.8

กรด - สมดุลพื้นฐานในเลือดของมนุษย์นั้นมาจากระบบบัฟเฟอร์ไฮโดรคาร์บอเนต ฟอสเฟต โปรตีนและเฮโมโกลบิน ค่า pH ปกติของพลาสมาในเลือดคือ 7.40 ± 0.05

ระบบบัฟเฟอร์เฮโมโกลบินให้ความจุบัฟเฟอร์ 35% ของเลือด: . Oxyhemoglobin เป็นกรดที่แรงกว่าฮีโมโกลบินที่ลดลง Oxyhemoglobin มักจะอยู่ในรูปของเกลือโพแทสเซียม

ระบบบัฟเฟอร์คาร์บอเนต : อันดับแรกในแง่ของพลัง มันแสดงด้วยกรดคาร์บอนิก (H 2 CO 3) และโซเดียมหรือโพแทสเซียมไบคาร์บอเนต (NaHCO 3, KHCO 3) ในอัตราส่วน 1/20 บัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อแก้ไขการรบกวนของกรดเบสในร่างกาย

ระบบฟอสเฟตบัฟเฟอร์ . ไดไฮโดรฟอสเฟตมีคุณสมบัติเป็นกรดอ่อนๆ และทำปฏิกิริยากับผลิตภัณฑ์ที่เป็นด่างที่เข้าสู่กระแสเลือด ไฮโดรฟอสเฟตมีคุณสมบัติเป็นด่างอ่อนๆ และทำปฏิกิริยากับกรดที่แรงกว่า

ระบบบัฟเฟอร์โปรตีนมีบทบาทในการทำให้กรดและด่างเป็นกลางเนื่องจากคุณสมบัติของแอมโฟเทอริก: ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด โปรตีนในพลาสมาจะทำงานเหมือนเบส ในสภาพแวดล้อมพื้นฐานพวกมันจะทำงานเหมือนกรด:

ระบบบัฟเฟอร์ยังมีอยู่ในเนื้อเยื่อ ซึ่งช่วยรักษาค่า pH ของเนื้อเยื่อให้อยู่ในระดับที่ค่อนข้างคงที่ บัฟเฟอร์ของเนื้อเยื่อหลักคือโปรตีนและฟอสเฟต การรักษาค่า pH จะดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของปอดและไต คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินจะถูกกำจัดออกทางปอด ไตที่มีภาวะเลือดเป็นกรดจะหลั่งโซเดียมฟอสเฟตที่เป็นกรดมากขึ้นและด้วยอัลคาโลซิส - เกลือที่เป็นด่างมากขึ้น: โซเดียมฟอสเฟต dibasic และโซเดียมไบคาร์บอเนต

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

สารละลาย:

เราคำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์กรดโดยใช้สูตร จากนั้น

คำตอบ: 5,76

สารละลาย:

เราคำนวณความจุบัฟเฟอร์โดยใช้สูตร:

คำตอบ: 0.021 โมล/ลิตร

ตัวอย่างที่ 3

สารละลายบัฟเฟอร์ประกอบด้วยกรดอะซิติก 100 มล. 0.1 โมล/ลิตร และโซเดียมอะซิเตต 0.2 โมล/ลิตร 200 มล./ลิตร ค่า pH ของสารละลายนี้จะเปลี่ยนไปอย่างไรหากเติมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 0.2 โมล/ลิตร 30 มล./ลิตร ลงไป

สารละลาย:

เราคำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์โดยใช้สูตร:

เมื่อเติม NaOH ลงในสารละลายบัฟเฟอร์ ปริมาณเกลือจะเพิ่มขึ้นและปริมาณกรดในสารละลายบัฟเฟอร์จะลดลง:

0,006 0,006 0,006

CH 3 COOH + NaOH \u003d CH 3 COONa + H 2 O

เราคำนวณ n (NaOH) \u003d 0.03 l 0.2 mol / l \u003d 0.006 mol ดังนั้นในสารละลายบัฟเฟอร์ปริมาณกรดจะลดลง 0.006 mol และปริมาณเกลือเพิ่มขึ้น 0.006 mol

เราคำนวณค่า pH ของสารละลายโดยใช้สูตร:

ดังนั้น: pH 2 - pH 1 = 5.82 - 5.3 = 0.52

คำตอบ:การเปลี่ยนแปลง pH ของบัฟเฟอร์ = 0.52

งานสำหรับโซลูชันอิสระ

4. ในการไทเทรตเลือด 2 มล. เพื่อเปลี่ยนค่า pH จากค่าเริ่มต้น (7.36) เป็นค่าสุดท้าย (7.0) จำเป็นต้องเติมสารละลาย 0.01 M HCl 1.6 มล. คำนวณความจุบัฟเฟอร์ของกรด

5. ต้องเติมโซเดียมอะซิเตตกี่โมลต่อกรดอะซิติก 300 มล. เพื่อลดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน 300 เท่า (K dis (CH 3 coon) = 1.85.10 -5)

6. ในการศึกษาทางชีวเคมีจะใช้บัฟเฟอร์ฟอสเฟตที่มีค่า pH = 7.4 สารละลายโซเดียมไฮโดรเจนฟอสเฟตและโซเดียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตควรผสมในอัตราส่วนเท่าใดที่ความเข้มข้น 0.1 โมล / ลิตรต่อลิตรเพื่อให้ได้สารละลายบัฟเฟอร์ดังกล่าว (pK (H 2 PO 4 -) \u003d 7.4)

7. การละเมิด CBS ใดที่สังเกตได้จากตัวบ่งชี้ต่อไปนี้: ค่า pH ของเลือด = 7.20, Pco 2 = 38 มม. ปรอท ศิลปะ, BO = 30 mmol / l, SBO = -4 mmol / l จะกำจัดการละเมิด KOS นี้ได้อย่างไร

งานทดสอบ

  • 10 วิธีแสดงความเข้มข้นของสารละลาย
  • 13 กระบวนการแยกตัวด้วยไฟฟ้าเป็นปฏิสัมพันธ์ของสาร ไอออนไนซ์ในตัวเอง
  • 14. กฎของการกระทำโดยมวลในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ ระดับของความร้าวฉาน
  • 15. ทฤษฎีอิเล็กโทรไลต์ที่แรง กิจกรรม. ค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรม ความแรงของไอออนิกของสารละลาย การเชื่อมต่อความแรงของไอออนของสารละลายกับค่าสัมประสิทธิ์ของกิจกรรม
  • 16. สมดุลของโปรโตไลติก กรด เบส แอมโฟไลต์ตาม Bronsted
  • 17. น้ำเป็นตัวทำละลาย การแยกความแตกต่างและการปรับระดับตัวทำละลาย
  • 18. การสลายตัวอัตโนมัติ ผลิตภัณฑ์ไอออนิกของน้ำ ค่าความเป็นกรดด่าง
  • 19. ไฮโดรไลซิสด้วยไอออนบวกและไอออน การไฮโดรไลซิสแบบผันกลับไม่ได้ ค่าคงที่และระดับของการไฮโดรไลซิส การคำนวณค่า pH
  • ค่าคงที่การไฮโดรไลซิส
  • การคำนวณค่า pH
  • 20. สารละลายบัฟเฟอร์ ระบบบัฟเฟอร์ธรรมชาติ การคำนวณระบบบัฟเฟอร์ pH ความจุบัฟเฟอร์
  • 21. กรดและเบสของลูอิส
  • 22. ความสมดุลต่างกัน ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย
  • 23. พันธะเคมี: ประเภทของพันธะ, กลไกการก่อตัว, ลักษณะเฉพาะ
  • 24. สารประกอบเชิงซ้อน (cs). โครงสร้างของ ค.ส.ล. ระบบการตั้งชื่อ ks การจำแนกประเภท ks ลักษณะของการเชื่อมต่อเป็น ks
  • การจัดหมวดหมู่
  • ตามข้อหาคอมเพล็กซ์
  • ตามจำนวนตำแหน่งที่ลิแกนด์ครอบครองในทรงกลมโคออร์ดิเนชัน
  • โดยธรรมชาติของลิแกนด์
  • พันธะเคมีในสารประกอบเชิงซ้อน
  • 25. การแยกตัวของไอออนเชิงซ้อน ค่าคงที่ความไม่เสถียร ความซับซ้อนในร่างกาย
  • 26. ไอโซเมอร์ ks. ความซับซ้อนในร่างกาย
  • 27. โครงสร้างอัญมณี
  • 28. Ovr และบทบาททางชีววิทยาของพวกเขา
  • 30. ระบบคอลลอยด์ โครงสร้างของอนุภาคคอลลอยด์ ชั้นไฟฟ้าสองชั้น ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า
  • 31. วิธีการทำให้บริสุทธิ์ของสารละลายคอลลอยด์ การฟอกเลือด การอิเล็กโทรไลซิส การอัลตราฟิเคชัน
  • 32. การได้รับและคุณสมบัติของระบบกระจาย การได้รับสารแขวนลอย อิมัลชัน สารละลายคอลลอยด์
  • 33. ความเสถียรของระบบกระจาย เสถียรภาพการตกตะกอน การรวมตัว และการควบแน่นของไลโอโซล ปัจจัยที่มีผลต่อความคงตัวของไลโอโซล
  • 34. การแข็งตัว เกณฑ์การแข็งตัวและคำจำกัดความ กฎ Schulze-Hardy
  • 35. ปรากฏการณ์พื้นผิวและการดูดซับ สมดุลการดูดซับและกระบวนการที่ส่วนต่อประสานที่เคลื่อนที่ สมการกิ๊บส์
  • 36. สารลดแรงตึงผิวและสารที่ไม่ออกฤทธิ์ต่อพื้นผิว การเปลี่ยนแปลงของกิจกรรมพื้นผิวในอนุกรมที่คล้ายคลึงกัน (กฎของ Traube)
  • 37. แรงตึงผิวและวิธีการหาค่า
  • 38. การดูดซับจากสารละลายบนตัวดูดซับที่เป็นของแข็ง
  • 39. สมดุลการดูดซับที่ส่วนต่อประสานคงที่ระหว่างเฟสของแข็ง การดูดซับทางกายภาพและการดูดซับทางเคมี
  • ประเภทของการโต้ตอบการดูดซับ
  • 40. การดูดซับจากสารละลาย สมการแลงเมียร์ ค่าการดูดซับขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ
  • ค่าการดูดซับขึ้นอยู่กับ:
  • 41. การประยุกต์ใช้กระบวนการดูดซับในทางการแพทย์ การประยุกต์ใช้กระบวนการดูดซับในทางการแพทย์
  • 42. โครมาโตกราฟี
  • 43. คุณสมบัติเฉพาะของห่วงอนามัย
  • 44. แนวคิดของการเกิดทางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมี
  • 45. เคมีขององค์ประกอบทางชีวภาพของ s-block
  • 46. ​​เคมีขององค์ประกอบทางชีวภาพของ d-block
  • 47. เคมีขององค์ประกอบไบโอจีนิก p-block
  • 49. สารประกอบอินทรีย์หลายฟังก์ชัน
  • 50 โพลิเอมีน: Ethylenedialin. Putrescine. Cadoverine.
  • 51 สารประกอบเฮเทอโรฟังก์ชันนัล
  • 52 B) กรดออกโซแอซิด-อะเดลไฮโดและกรดคีโตน
  • 53 อนุพันธ์เฮเทอโรฟังก์ชันนัลของชุดเบนซีนเป็นยา
  • 54 สารประกอบเฮเทอโรไซคลิกคือสารประกอบอินทรีย์ที่เป็นวงรอบซึ่งนอกจากอะตอมของคาร์บอนแล้ว ยังมีอะตอมของธาตุอื่นหนึ่งอะตอมหรือมากกว่านั้น (เฮเทอโรอะตอม)
  • 13.1.2. ระบบการตั้งชื่อ
  • 13.2.1. คุณสมบัติมีกลิ่นหอม
  • 13.2.2. คุณสมบัติของกรดเบสและนิวคลีโอฟิลิก
  • 13.5.1. ไฮดรอกซีพิวรีน
  • 55. กรดโฟลิก ไบโอติน ไทอามีน แนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างและบทบาททางชีววิทยา รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับอัลคาลอยด์และยาปฏิชีวนะ
  • ผลของไบโอติน
  • หน้าที่ทางสรีรวิทยา
  • คุณค่าของไทอามีนในการเล่นกีฬา
  • ลคาลอยด์
  • ยาปฏิชีวนะ
  • 56. เปปไทด์และโปรตีน
  • คุณสมบัติของเปปไทด์
  • R h2n-sn-เร็ว ๆ นี้
  • ความสำคัญทางชีวภาพของคาร์โบไฮเดรต
  • ประเภทของคาร์โบไฮเดรต
  • โฮโมโพลีแซคคาไรด์
  • อิทธิพลของ mucopolysaccharides ต่อการคงตัวของโครงสร้างคอลลาเจนของเนื้อฟันและเคลือบฟัน
  • 58. กรดนิวคลีอิก
  • 60.โพลิเมอร์. แนวคิดของโพลิเมอร์ทางการแพทย์
  • โพลิเมอร์เกรดทางการแพทย์
  • 20. สารละลายบัฟเฟอร์ ระบบบัฟเฟอร์ธรรมชาติ การคำนวณระบบบัฟเฟอร์ pH ความจุบัฟเฟอร์

    โซลูชั่นบัฟเฟอร์- สารละลาย ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (pH) ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงจากการเติมกรดแก่หรือด่างในปริมาณที่จำกัด (ดูตัวบ่งชี้ค่า pH) บ. ประกอบด้วยส่วนผสมของสารละลายของกรดอ่อนกับเกลือของเบสแก่ หรือในทางกลับกัน เบสอ่อนกับเกลือของกรดแก่

    ของเหลวธรรมชาติหลายชนิดมีคุณสมบัติเป็นบัฟเฟอร์ ตัวอย่างคือน้ำในมหาสมุทร ซึ่งคุณสมบัติในการบัฟเฟอร์ส่วนใหญ่เกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำและไอออนไฮโดรคาร์บอเนต HCO3– แหล่งที่มาของสิ่งหลังนอกเหนือจาก CO2 คือแคลเซียมคาร์บอเนตจำนวนมากในรูปของเปลือกหอยชอล์คและหินปูนที่สะสมอยู่ในมหาสมุทร สิ่งที่น่าสนใจคือกิจกรรมการสังเคราะห์แสงของแพลงก์ตอนซึ่งเป็นหนึ่งในผู้จัดหาออกซิเจนหลักสู่ชั้นบรรยากาศ นำไปสู่การเพิ่มค่า pH ของสิ่งแวดล้อม สิ่งนี้เกิดขึ้นตามหลักการของ Le Chatelier อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของสมดุลระหว่างการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำ เมื่อ CO2 ถูกกำจัดออกจากสารละลายระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง สมดุลจะเลื่อนไปทางขวาและสภาพแวดล้อมจะเป็นด่างมากขึ้น ในเซลล์ของร่างกาย การให้น้ำด้วย CO2 จะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮเดรส

    ของเหลวในเซลล์ เลือดก็เป็นตัวอย่างของสารละลายบัฟเฟอร์ตามธรรมชาติเช่นกัน ดังนั้นเลือดจึงมีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 0.025 โมล / ลิตรและเนื้อหาในผู้ชายจะสูงกว่าผู้หญิงประมาณ 5% ไอออนไบคาร์บอเนตในเลือดมีความเข้มข้นใกล้เคียงกัน (มีมากกว่าในผู้ชายด้วย)

    การคำนวณระบบบัฟเฟอร์ pH

    สำหรับระบบบัฟเฟอร์กรด: pH = pK (กรด) + แอลจี

    สำหรับระบบบัฟเฟอร์พื้นฐาน: pH \u003d 14 - pK (บริเวณ) –แอลจี
    โดยที่ pK (กรด), pK (เบส) คือลอการิทึมทศนิยมที่เป็นลบของค่าคงที่การแยกตัวด้วยไฟฟ้าของกรดอ่อน รากฐานที่อ่อนแอ จากสมการเหล่านี้จะเห็นได้ว่า ค่า pH ของระบบบัฟเฟอร์ที่เป็นกรด (พื้นฐาน) ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ (pK (กรด) , พี.เค (บริเวณ) ) และอัตราส่วนของความเข้มข้นของเกลือและกรด (เบส)

    ถังบัฟเฟอร์สารละลาย - ความสามารถของสารละลายในการรักษาความเข้มข้นคงที่ของไอออนบางตัว (โดยปกติจะใช้กับไอออน H +)

    21. กรดและเบสของลูอิส

    คำจำกัดความของลูอิส. Lewis เสนอคำนิยามทั่วไปเพิ่มเติม: กรดคือสารที่รับคู่อิเล็กตรอน เบสคือสารที่ให้คู่อิเล็กตรอน.

    ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดและเบสตามคำจำกัดความนี้ประกอบด้วยการเกิดขึ้นของพันธะโควาเลนต์ผ่านกลไกตัวรับและตัวรับ:

    ตามคำจำกัดความของ Lewis ลิแกนด์ทั่วไปทั้งหมด (NH 3 , CN - , F - , Cl - และอื่น ๆ ) สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นเบส และไอออนของโลหะทั้งหมดเป็นกรด ระดับความสัมพันธ์ระหว่างไอออนของโลหะกับลิแกนด์เรียกว่าความเป็นกรดของลูอิส และแนวโน้มของลิแกนด์ในการสร้างพันธะกับไอออนของโลหะเรียกว่าความเป็นพื้นฐานของลิวอิส. ความแรงของกรดและเบสของ Lewis อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของพันธมิตร

    22. ความสมดุลต่างกัน ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย

    สมดุลในระบบต่างกัน

    ในระบบภายใต้เงื่อนไข การเปลี่ยนแปลงของสารจากเฟสหนึ่งไปยังอีกเฟสหนึ่งเป็นไปได้ สัญญาณว่าระบบอยู่ในสภาวะสมดุลเช่นกัน กล่าวคือ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของส่วนประกอบใดๆ จากเฟสหนึ่งไปยังอีกเฟสหนึ่ง คือความเท่าเทียมกันของศักยภาพทางเคมีจำเพาะของส่วนประกอบนี้ในเฟสต่างๆ ที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

    กฎที่สำคัญที่สุดข้อหนึ่งของสภาวะสมดุลต่างกันคือกฎของเฟส มันทำงานด้วยแนวคิดพื้นฐานของส่วนประกอบ เฟส และจำนวนระดับความอิสระ แนวคิดสองข้อแรกได้กำหนดไว้ข้างต้น

    โดยองศาอิสระทางอุณหพลศาสตร์หมายถึงพารามิเตอร์อิสระของระบบที่อยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งสามารถรับค่าโดยพลการในช่วงเวลาหนึ่งและจำนวนเฟสไม่เปลี่ยนแปลง

    จำนวนองศาอิสระ (ความแปรปรวนของระบบ) เป็นตัวเลขที่ระบุว่าพารามิเตอร์กี่ตัวที่แสดงสถานะของระบบสมดุลสามารถให้ค่าโดยพลการโดยไม่ต้องเปลี่ยนจำนวนเฟสในระบบ

    กฎของเฟส: ในระบบสมดุลแบบแยกเดี่ยว จำนวนเฟสบวกจำนวนองศาอิสระจะเท่ากับจำนวนของส่วนประกอบบวก 2

    ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย (ฯลฯ, K sp) เป็นผลคูณของความเข้มข้นของไอออนที่ละลายได้น้อย อิเล็กโทรไลต์ในเขา สารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลายมีค่าคงที่

    สารละลายบัฟเฟอร์ใช้เพื่อรักษาค่า pH ให้คงที่ ประกอบด้วยส่วนผสมของกรดอ่อน HA และคอนจูเกตเบส A - สมดุลอยู่ร่วมกันในสารละลายบัฟเฟอร์:

    เปิด + H 2 O ↔ H 3 O + + A -

    ก - + H 2 O ↔ HA + OH -

    ยับยั้งซึ่งกันและกันที่ C(HA) และ C(A -) สูงเพียงพอ ดังนั้นเราจึงสันนิษฐานได้ว่า [HA] \u003d C (HA) และ [A - ] \u003d C (A -) การใช้นิพจน์สำหรับ K เปิดและละเลยการมีส่วนร่วมของ [H 3 O + ] เนื่องจากการแตกตัวของน้ำ เราได้รับ

    สามารถรับนิพจน์เดียวกันได้โดยใช้ค่าคงที่สมดุลที่สอง

    ตัวอย่าง 16.คำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ซึ่งประกอบด้วยกรดอะซิติก 0.10 โมลาร์และโซเดียมอะซีเตต 0.10 โมลาร์

    สารละลาย.ที่นี่ เป็นไปตามเงื่อนไขทั้งหมดที่อนุญาตให้ใช้สูตร (2-14) (กรดอะซิติกเป็นกรดอ่อน ความเข้มข้นของกรดและเบสคอนจูเกตค่อนข้างสูง) นั่นเป็นเหตุผล

    ตัวอย่าง 17.คำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ซึ่งประกอบด้วยแอมโมเนีย 0.10 โมลาร์และแอมโมเนียมคลอไรด์ 0.20 โมลาร์

    สารละลาย.ตามสูตร (2-14) ที่เราพบ

    คุณลักษณะที่สำคัญของสารละลายบัฟเฟอร์คือความจุของบัฟเฟอร์ การเติมเบสแก่ (กรด) ลงในสารละลายบัฟเฟอร์ ค่า pH สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยมีการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของกรด HA และคอนจูเกตเบส A - ดังนั้นความจุของบัฟเฟอร์จึงมักจะแสดงเป็น

    หากมีการเติมเบสแก่ลงในสารละลายบัฟเฟอร์ และ

    ถ้าเติมกรดแก่ลงในสารละลายบัฟเฟอร์ ให้เราเขียนสมการสมดุลของวัสดุสำหรับของผสมของกรดโมโนเบสิก HA และคอนจูเกตเบส A - :

    ให้เราแสดง [ON] ในแง่ของ K เปิดแล้วแทนลงในสมการดุลวัสดุ มาหา [A -]:

    (2-17)

    สมการความแตกต่าง (2-17) ที่เกี่ยวกับ dpH โดยคำนึงถึง dc main = ที่เราได้รับ

    (2-18)

    เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าที่ pH = pK a HA นั่นคือ – C(HA) = C(A -) ถึงความจุบัฟเฟอร์สูงสุดแล้ว ก็แสดงว่า

    (2-19)

    สูตร (2-18) และ (2-19) ตามหลังสูตรหนึ่ง ถ้าเราจำได้ว่า [ON] = (HA)C(HA) และ [A - ] = (ก-) ค (ก-) ตลอดจนสำนวนสำหรับ (เปิด) และ (อ-).

    สำหรับสารละลายบัฟเฟอร์ที่เจือจางสูง ควรคำนึงถึงการมีส่วนร่วมของการแยกตัวของน้ำ ในกรณีนี้ สมการ (2-19) จะซับซ้อนมากขึ้น:

    ในที่นี้ คำสองคำแรกอธิบายถึงการกระทำที่เป็นบัฟเฟอร์ของน้ำ คำที่สามอธิบายถึงการกระทำที่เป็นบัฟเฟอร์ของกรดและคอนจูเกตเบส

    ตัวอย่าง 18.คำนวณว่าค่า pH จะเปลี่ยนแปลงอย่างไรหากเติมกรดไฮโดรคลอริก 1.0·10 -3 โมลลงในสารละลายบัฟเฟอร์ 1.0 ลิตรซึ่งประกอบด้วยกรดอะซิติก 0.010 โมลและโซเดียมอะซีเตต 0.010 โมล

    สารละลาย. เราคำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ก่อนเติมกรดไฮโดรคลอริก:

    ความเข้มข้นทั้งหมดของสารละลายบัฟเฟอร์คือ

    สำหรับสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีความเข้มข้นเพียงพอ ควรคำนวณความจุของบัฟเฟอร์โดยใช้สูตร (2-18):



    การคำนวณแต่สูตร (2-19) ให้ผลลัพธ์เหมือนกันคือ

    คำนวณการเปลี่ยนแปลงค่า pH

    ดังนั้น หลังจากเติมกรดไฮโดรคลอริกแล้ว pH ของสารละลายบัฟเฟอร์จะเป็น

    ค่า pH = 4.75 - 0.087 = 4.66

    ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยไม่ต้องอาศัยการคำนวณความจุของบัฟเฟอร์ แต่โดยการหาจำนวนส่วนประกอบของส่วนผสมของบัฟเฟอร์ก่อนและหลังการเติม HC1 ในโซลูชันเดิม

    ตัวอย่าง 19. รับนิพจน์สำหรับความจุบัฟเฟอร์สูงสุดของสารละลายที่มีความเข้มข้นรวมของส่วนประกอบ c

    สารละลาย.ให้เราค้นหาเงื่อนไขที่ความจุบัฟเฟอร์สูงสุด ในการทำเช่นนี้ เราแยกความแตกต่างของนิพจน์ (2-18) ด้วยค่า pH และเทียบอนุพันธ์เป็นศูนย์

    ดังนั้น [H + ] = K a HA และดังนั้น C (HA) = C (A -)

    โดยใช้สูตร (2-19) และ (2-21) เราได้รับสิ่งนั้น

    การคำนวณค่า pH ของส่วนผสมของกรดหรือเบสให้สารละลายมีกรด HA 1 และ HA 2 สองชนิด หากกรดหนึ่งมีความเข้มข้นมากกว่ากรดอื่น ๆ เกือบทุกครั้งที่มีกรดที่อ่อนกว่าจะถูกละเลยเนื่องจากการแยกตัวของมันถูกระงับ มิฉะนั้นจะต้องคำนึงถึงการแยกตัวของกรดทั้งสอง

    ถ้า HA 1 และ HA 2 ไม่ใช่กรดอ่อนเกินไป หากละเลยการสลายตัวอัตโนมัติของน้ำ สมการความเป็นกลางทางอิเล็กโทรสามารถเขียนได้ดังนี้:

    [H 3 O +] \u003d [A 1 -] +

    มาหาความเข้มข้นสมดุลของ A 1 - และ A 2 1 จากนิพจน์สำหรับค่าคงที่การแยกตัวของ HA 1 และ HA 2:

    ให้เราแทนนิพจน์ที่ได้รับลงในสมการความเป็นกลางทางอิเลคโทรนิค

    หลังจากการเปลี่ยนแปลงที่เราได้รับ

    หากระดับการแยกตัวของกรดไม่เกิน 5% ดังนั้น

    สำหรับส่วนผสมของ พีกรด

    ในทำนองเดียวกันสำหรับส่วนผสมของเบสโมโนเบสิก

    (2-21)

    ที่ไหน เค เอ 1และ K 2 -ค่าคงที่การแยกตัวของกรดคอนจูเกต ในทางปฏิบัติ บ่อยครั้งอาจมีสถานการณ์ที่กรด (เบส) หนึ่ง (หนึ่ง) ที่มีอยู่ในส่วนผสมยับยั้งการแยกตัวของสารอื่น ๆ ดังนั้นในการคำนวณค่า pH เราสามารถคำนึงถึงการแยกตัวของสิ่งนี้เท่านั้น กรด (เบสนี้) และละเลยการแตกตัวของส่วนที่เหลือ แต่อาจมีสถานการณ์อื่นๆ

    ตัวอย่าง 20.คำนวณค่า pH ของส่วนผสมที่มีความเข้มข้นรวมของกรดเบนโซอิกและอะมิโนเบนโซอิกเท่ากับ 0.200 และ 0.020 M ตามลำดับ

    สารละลาย.แม้ว่าค่าคงที่การแตกตัวของเบนโซอิก (เค เอ= 1.62 10 -6 , แสดงว่า K 1)และอะมิโนเบนโซอิก (K ก = 1.10 10 -5 , แสดงว่า K2)กรดมีความแตกต่างกันเกือบสองลำดับความสำคัญ เนื่องจากความเข้มข้นของกรดแตกต่างกันค่อนข้างมาก จึงจำเป็นต้องคำนึงถึงการแตกตัวของกรดทั้งสอง ดังนั้นตามสูตร (2-20) ที่เราพบ

    ที่ไหน C (กรด)และ C (เกลือ)คือความเข้มข้นโมลาร์ของกรดและเกลือ

    หากความเท่าเทียมกัน (3) ถูกนำมาเป็นลอการิทึม (ใช้ลอการิทึมทศนิยมที่เป็นลบของส่วนซ้ายและขวาของสมการ) เราจะได้:

    โดยที่ดัชนี "0" หมายถึงคุณลักษณะของสารละลายเริ่มต้นของกรดและเกลือ ซึ่งการผสมจะได้ส่วนผสมของบัฟเฟอร์ที่ต้องการ

    สำหรับระบบบัฟเฟอร์ Type II B/BH + ตัวอย่างเช่น ดัชนีแอมโมเนียม ไฮดรอกไซด์ และไฮโดรเจน คำนวณโดยใช้สมการ:

    ค่าคงที่การแยกตัวของฐานอยู่ที่ไหน

    โดยทั่วไป สมการสำหรับการคำนวณค่า pH ของระบบบัฟเฟอร์มีดังนี้:

    , (7)

    และเรียกว่าสมการ เฮนเดอร์สัน-ฮัสเซลบัค.

    จากสมการ Henderson-Hasselbach จะได้ว่า

    1. ค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับค่าคงที่การแตกตัวของกรดหรือเบสและอัตราส่วนของปริมาณส่วนประกอบ แต่ในทางปฏิบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเจือจางหรือความเข้มข้นของสารละลาย แท้จริงแล้ว ในกระบวนการเหล่านี้ ความเข้มข้นของส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์จะเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน ดังนั้นอัตราส่วนซึ่งกำหนดค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง

    หากความเข้มข้นของส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์เกิน 0.1 โมล/ลิตร ดังนั้นในการคำนวณจำเป็นต้องคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมของไอออนของระบบ

    2. ตัวบ่งชี้ค่าคงที่การแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอจะกำหนดพื้นที่ของบัฟเฟอร์แอคชั่นของสารละลายเช่น ช่วงของค่า pH ที่รักษาคุณสมบัติบัฟเฟอร์ของระบบไว้ เนื่องจากการทำงานของบัฟเฟอร์ยังคงดำเนินต่อไปจนกระทั่งใช้ส่วนประกอบ 90% จนหมด (เช่น ความเข้มข้นไม่ได้ลดลงตามลำดับความสำคัญ) ดังนั้นพื้นที่ (โซน) ของการทำงานของบัฟเฟอร์จึงแตกต่างจาก 1 หน่วย:

    แอมโฟไลต์สามารถมีบัฟเฟอร์ได้หลายโซน ซึ่งแต่ละโซนจะสอดคล้องกับค่าคงที่ที่สอดคล้องกัน:

    .

    ดังนั้น อัตราส่วนสูงสุดที่อนุญาตของส่วนประกอบของสารละลายซึ่งแสดงผลบัฟเฟอร์คือ 10:1

    ตัวอย่างที่ 1เป็นไปได้ไหมที่จะเตรียมอะซิเตตบัฟเฟอร์ที่มีค่า pH 6.5 ถ้ากรดอะซิติกเท่ากับ 4.74

    สารละลาย.

    เนื่องจากเขตกันชนถูกกำหนดเป็น สำหรับ acetate buffer จะอยู่ในช่วงค่า pH ตั้งแต่ 3.74 ถึง 5.74 ค่า pH = 6.5 อยู่นอกขอบเขตของอะซิเตตบัฟเฟอร์ ดังนั้นจึงไม่สามารถเตรียมบัฟเฟอร์ดังกล่าวบนพื้นฐานของระบบอะซิเตตบัฟเฟอร์

    ตัวอย่างที่ 2คำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ 100 มล. ซึ่งมีกรดอะซิติก 1.2 กรัมและโพแทสเซียมอะซิเตต 5.88 กรัม ถ้าสำหรับกรดอะซิติก = 4.74

    สารละลาย.

    ความเข้มข้นของโมลของกรดและเกลือในสารละลายบัฟเฟอร์เท่ากับ:

    แทนค่าเหล่านี้ลงในสมการ (7) เราได้รับ:

    สารละลาย.

    เนื่องจากความเข้มข้นโมลาร์ของกรดและเกลือเท่ากัน เมื่อคำนวณค่า pH โดยใช้สูตร (5) จึงสามารถใช้อัตราส่วนปริมาตรของส่วนประกอบได้เท่านั้น:

    ตัวอย่างที่ 4คำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ที่ได้จากการเทสารละลายน้ำแอมโมเนีย 20 มล. พร้อม C (NH 3 H 2 O) \u003d 0.02 mol / l และสารละลายแอมโมเนียมคลอไรด์ 10 มล. พร้อม C (NH 4 Cl) \u003d 0.01 mol / ลิตร (NH 3 H 2 O) \u003d 1.8 10 -5. จงหาค่า pH ของบัฟเฟอร์ที่เจือจาง 5 เท่า

    สารละลาย.

    ในกรณีของระบบบัฟเฟอร์ประเภท II ค่า pH ของสารละลายจะคำนวณโดยใช้สมการ (6 ¢):

    แทนค่าที่เหมาะสม เราได้รับ:

    เมื่อเจือจาง pH ของสารละลายบัฟเฟอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ที่เจือจาง 5 ครั้งจะเท่ากับ 9.86

    ตัวอย่างที่ 5สารละลายบัฟเฟอร์ได้จากการเทสารละลาย CH 3 COOH 100 มล. โดยมี C(CH 3 COOH) = 0.02 โมล/ลิตร และสารละลาย CH 3 COONa 50 มล. โดยมี C(CH 3 COONa) = 0.01 โมล/ลิตร (CH 3 COOH) = 1.8×10 -5 . คำนวณ:

    ก) ค่า pH ของบัฟเฟอร์ที่เป็นผลลัพธ์

    b) การเปลี่ยนแปลงค่า pH ของบัฟเฟอร์เมื่อเติมสารละลาย HCl 5 มล. โดยมี C(HCl) = 0.01 โมล/ลิตร



    c) ความจุบัฟเฟอร์อัลคาไลน์ของสารละลาย

    สารละลาย.

    ในการคำนวณค่า pH ของบัฟเฟอร์ที่เป็นผลลัพธ์ เราใช้สูตร (5):

    เมื่อเติมกรด ปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไป:

    CH 3 COONa + HCl CH 3 COOH + NaCl,

    อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณของส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์

    โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ n(x) = C(x)×V(x) สมการ (7) สามารถแสดงเป็น:

    .

    เนื่องจากปริมาณของสารที่เกิดปฏิกิริยาและเกิดขึ้นเท่ากัน การเปลี่ยนแปลงของปริมาณกรดและเกลือในสารละลายบัฟเฟอร์จะมีค่าเท่ากัน x:

    .

    ในส่วนผสมของบัฟเฟอร์เริ่มต้น จำนวนของส่วนประกอบคือ:

    มาหาค่ากัน x:

    ดังนั้นความแตกต่างของค่า pH จะเป็น เช่น การเปลี่ยนแปลงค่า pH นั้นเล็กน้อย

    ความจุบัฟเฟอร์

    เป็นไปได้ที่จะเติมกรดหรือด่างโดยไม่เปลี่ยนค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์อย่างมีนัยสำคัญ ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยเท่านั้น เนื่องจากความสามารถของสารละลายบัฟเฟอร์ในการรักษาค่า pH ให้คงที่มีจำกัด

    ค่าที่ระบุถึงความสามารถของสารละลายบัฟเฟอร์ในการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาของตัวกลางเมื่อเติมกรดและด่างเรียกว่า ความจุบัฟเฟอร์ (B)มีความจุบัฟเฟอร์สำหรับกรด () และด่าง ()

    ความจุของบัฟเฟอร์ (B) วัดได้จากปริมาณของกรดหรือด่าง (เทียบเท่าโมลหรือมิลลิโมล) ที่เมื่อเติมสารละลายบัฟเฟอร์ 1 ลิตร จะเปลี่ยนค่า pH หนึ่ง

    ในทางปฏิบัติ ความจุของบัฟเฟอร์ถูกกำหนดโดยการไทเทรต ในการทำเช่นนี้ ปริมาตรของสารละลายบัฟเฟอร์จำนวนหนึ่งจะถูกไทเทรตด้วยกรดแก่หรืออัลคาไลที่มีความเข้มข้นที่ทราบจนกว่าจะถึงจุดสมมูล การไทเทรตดำเนินการโดยมีอินดิเคเตอร์ที่เป็นกรด-เบส พร้อมตัวเลือกที่ถูกต้องซึ่งสถานะจะคงที่เมื่อส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์ทำปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์ จากผลลัพธ์ที่ได้รับ ค่าของความจุบัฟเฟอร์ ( หรือ ) จะถูกคำนวณ:

    (8)
    (9)

    ที่ไหน กับ( ถึงคุณ), กับ( ช่อง) -ความเข้มข้นของโมลของกรดและด่างที่เท่ากัน (โมล/ลิตร);

    V (ถึงคุณ), V (กรีด) -ปริมาตรของสารละลายกรดหรือด่างที่เติม (l; ml);

    V(บัฟเฟอร์) -ปริมาตรของสารละลายบัฟเฟอร์ (l; ml);

    ค่า pH 0และ ค่า pH -ค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ก่อนและหลังการไตเตรทด้วยกรดหรือด่าง (ค่า pH เปลี่ยนแปลงเป็นค่าสัมบูรณ์)

    ความจุของบัฟเฟอร์แสดงเป็น [mol/l] หรือเป็น [mmol/l]

    ความจุของบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ:

    1. ยิ่งเนื้อหาสัมบูรณ์ของส่วนประกอบของคู่กรดเบส/คอนจูเกตมากเท่าใด ความจุของสารละลายบัฟเฟอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

    ความจุของบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของปริมาณของส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์ และด้วยเหตุนี้จึงขึ้นอยู่กับค่า pH ของบัฟเฟอร์ ความจุของบัฟเฟอร์จะสูงสุดที่ส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์ในปริมาณที่เท่ากัน และจะลดลงเมื่อค่าเบี่ยงเบนจากอัตราส่วนนี้

    3. ด้วยเนื้อหาของส่วนประกอบที่แตกต่างกัน ความจุของบัฟเฟอร์ของสารละลายสำหรับกรดและด่างจึงแตกต่างกัน ดังนั้นในสารละลายบัฟเฟอร์ประเภท I ยิ่งมีปริมาณกรดมาก ความจุของบัฟเฟอร์สำหรับอัลคาไลก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งมีปริมาณเกลือมาก ความจุของบัฟเฟอร์สำหรับกรดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในสารละลายบัฟเฟอร์ประเภท II ยิ่งมีปริมาณเกลือมาก ความจุของบัฟเฟอร์อัลคาไลก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งมีเบสมากเท่าใด ความจุของบัฟเฟอร์กรดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

    ตัวอย่างที่ 2ในการเตรียมส่วนผสมของอะซิเตตบัฟเฟอร์ สารละลายกรดและเกลือที่มีความเข้มข้นโมลาร์เท่ากันถูกผสมในอัตราส่วนปริมาตรต่อไปนี้:

    องค์ประกอบของระบบบัฟเฟอร์ อัตราส่วนปริมาตรของส่วนประกอบระบบบัฟเฟอร์
    วิธีแก้ปัญหา I โซลูชัน II โซลูชัน III
    CH3COOH
    CH 3 COONa

    โดยไม่ต้องอาศัยการคำนวณ ให้พิจารณาว่าโซลูชันบัฟเฟอร์ใดในสามรายการต่อไปนี้จะถูกสังเกต:

    ก) ค่า pH สูงสุด

    b) ความจุบัฟเฟอร์สูงสุด;

    c) ความจุบัฟเฟอร์ที่ใหญ่ที่สุดสำหรับกรด

    สารละลาย.

    ในกรณีที่ส่วนประกอบมีความเข้มข้นเท่ากัน สมการ (5) จะอยู่ในรูปแบบ:

    .

    เนื่องจากสารละลายทั้งสามเหมือนกัน ค่า pH ของบัฟเฟอร์จะถูกกำหนดโดยอัตราส่วน ดังนั้น สารละลาย I () จะมีค่า pH สูงสุด:

    โซลูชัน II โดดเด่นด้วยความจุบัฟเฟอร์สูงสุด เนื่องจากอัตราส่วนของจำนวนส่วนประกอบในนั้นคือ 1:1

    ความจุของบัฟเฟอร์กรดสำหรับอะซิเตตบัฟเฟอร์ถูกกำหนดโดยเนื้อหาคอนจูเกตเบส นั่นคือ เกลือ: ยิ่งมีปริมาณมากเท่าใด ความจุของสารละลายบัฟเฟอร์ของกรดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นั่นเป็นเหตุผล:

    ดังนั้นสารละลาย I จะมีความจุของกรดสูงสุด

    สำหรับระบบบัฟเฟอร์ประเภท I HA/A ความเข้มข้นของ H + ไอออนในสารละลายสามารถคำนวณได้ง่ายตามค่าคงที่การแยกตัวของกรดอ่อน (เพื่อความเรียบง่ายในการนำเสนอ แทนกิจกรรมของไอออนในนิพจน์สำหรับ เราจะใช้ความเข้มข้นของมัน):

    HA ⇄ A - + H +;

    ที่ไหน C (กรด)และ C (เกลือ)คือความเข้มข้นโมลาร์ของกรดและเกลือ

    หากความเท่าเทียมกัน (3) ถูกนำมาเป็นลอการิทึม (ใช้ลอการิทึมทศนิยมที่เป็นลบของส่วนซ้ายและขวาของสมการ) เราจะได้:

    โดยที่ดัชนี "0" หมายถึงคุณลักษณะของสารละลายเริ่มต้นของกรดและเกลือ ซึ่งการผสมจะได้ส่วนผสมของบัฟเฟอร์ที่ต้องการ

    สำหรับระบบบัฟเฟอร์ Type II B/BH + ตัวอย่างเช่น ดัชนีแอมโมเนียม ไฮดรอกไซด์ และไฮโดรเจน คำนวณโดยใช้สมการ:

    ค่าคงที่การแยกตัวของฐานอยู่ที่ไหน

    โดยทั่วไป สมการสำหรับการคำนวณค่า pH ของระบบบัฟเฟอร์มีดังนี้:

    , (7)

    และเรียกว่าสมการ เฮนเดอร์สัน-ฮัสเซลบัค.

    จากสมการ Henderson-Hasselbach จะได้ว่า

    1. ค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับค่าคงที่การแตกตัวของกรดหรือเบสและอัตราส่วนของปริมาณส่วนประกอบ แต่ในทางปฏิบัติไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเจือจางหรือความเข้มข้นของสารละลาย แท้จริงแล้ว ในกระบวนการเหล่านี้ ความเข้มข้นของส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์จะเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน ดังนั้นอัตราส่วนซึ่งกำหนดค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง

    หากความเข้มข้นของส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์เกิน 0.1 โมล/ลิตร ดังนั้นในการคำนวณจำเป็นต้องคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมของไอออนของระบบ

    2. ตัวบ่งชี้ค่าคงที่การแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอจะกำหนดพื้นที่ของบัฟเฟอร์แอคชั่นของสารละลายเช่น ช่วงของค่า pH ที่รักษาคุณสมบัติบัฟเฟอร์ของระบบไว้ เนื่องจากการทำงานของบัฟเฟอร์ยังคงดำเนินต่อไปจนกระทั่งใช้ส่วนประกอบ 90% จนหมด (เช่น ความเข้มข้นไม่ได้ลดลงตามลำดับความสำคัญ) ดังนั้นพื้นที่ (โซน) ของการทำงานของบัฟเฟอร์จึงแตกต่างจาก 1 หน่วย:

    แอมโฟไลต์สามารถมีบัฟเฟอร์ได้หลายโซน ซึ่งแต่ละโซนจะสอดคล้องกับค่าคงที่ที่สอดคล้องกัน:

    .

    ดังนั้น อัตราส่วนสูงสุดที่อนุญาตของส่วนประกอบของสารละลายซึ่งแสดงผลบัฟเฟอร์คือ 10:1

    ตัวอย่างที่ 1เป็นไปได้ไหมที่จะเตรียมอะซิเตตบัฟเฟอร์ที่มีค่า pH 6.5 ถ้ากรดอะซิติกเท่ากับ 4.74

    เนื่องจากเขตกันชนถูกกำหนดเป็น สำหรับ acetate buffer จะอยู่ในช่วงค่า pH ตั้งแต่ 3.74 ถึง 5.74 ค่า pH = 6.5 อยู่นอกขอบเขตของอะซิเตตบัฟเฟอร์ ดังนั้นจึงไม่สามารถเตรียมบัฟเฟอร์ดังกล่าวบนพื้นฐานของระบบอะซิเตตบัฟเฟอร์

    ความจุบัฟเฟอร์

    เป็นไปได้ที่จะเติมกรดหรือด่างโดยไม่เปลี่ยนค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์อย่างมีนัยสำคัญ ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยเท่านั้น เนื่องจากความสามารถของสารละลายบัฟเฟอร์ในการรักษาค่า pH ให้คงที่มีจำกัด

    ค่าที่ระบุถึงความสามารถของสารละลายบัฟเฟอร์ในการต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาของตัวกลางเมื่อเติมกรดและด่างเรียกว่า ความจุบัฟเฟอร์ (B)มีความจุบัฟเฟอร์สำหรับกรด () และด่าง ()

    ความจุของบัฟเฟอร์ (B) วัดได้จากปริมาณของกรดหรือด่าง (เทียบเท่าโมลหรือมิลลิโมล) ที่เมื่อเติมสารละลายบัฟเฟอร์ 1 ลิตร จะเปลี่ยนค่า pH หนึ่ง

    ในทางปฏิบัติ ความจุของบัฟเฟอร์ถูกกำหนดโดยการไทเทรต ในการทำเช่นนี้ ปริมาตรของสารละลายบัฟเฟอร์จำนวนหนึ่งจะถูกไทเทรตด้วยกรดแก่หรืออัลคาไลที่มีความเข้มข้นที่ทราบจนกว่าจะถึงจุดสมมูล การไทเทรตดำเนินการโดยมีอินดิเคเตอร์ที่เป็นกรด-เบส พร้อมตัวเลือกที่ถูกต้องซึ่งสถานะจะคงที่เมื่อส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์ทำปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์ จากผลลัพธ์ที่ได้รับ ค่าของความจุบัฟเฟอร์ ( หรือ ) จะถูกคำนวณ:

    (8)
    (9)

    ที่ไหน กับ( ถึงคุณ), กับ( ช่อง) -ความเข้มข้นของโมลของกรดและด่างที่เท่ากัน (โมล/ลิตร);

    V (ถึงคุณ), V (กรีด) -ปริมาตรของสารละลายกรดหรือด่างที่เติม (l; ml);

    V(บัฟเฟอร์) -ปริมาตรของสารละลายบัฟเฟอร์ (l; ml);

    ค่า pH 0และ ค่า pH -ค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ก่อนและหลังการไตเตรทด้วยกรดหรือด่าง (ค่า pH เปลี่ยนแปลงเป็นค่าสัมบูรณ์)

    ความจุของบัฟเฟอร์แสดงเป็น [mol/l] หรือเป็น [mmol/l]

    ความจุของบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ:

    1. ยิ่งเนื้อหาสัมบูรณ์ของส่วนประกอบของคู่กรดเบส/คอนจูเกตมากเท่าใด ความจุของสารละลายบัฟเฟอร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

    ความจุของบัฟเฟอร์ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของปริมาณส่วนประกอบของสารละลายบัฟเฟอร์ และด้วยเหตุนี้จึงขึ้นอยู่กับค่า pH ของบัฟเฟอร์ ความจุของบัฟเฟอร์จะสูงสุดเมื่อส่วนประกอบของระบบบัฟเฟอร์มีจำนวนเท่ากัน และลดลงเมื่อค่าเบี่ยงเบนจากอัตราส่วนนี้

    3. ด้วยเนื้อหาของส่วนประกอบที่แตกต่างกัน ความจุของบัฟเฟอร์ของสารละลายสำหรับกรดและด่างจึงแตกต่างกัน ดังนั้นในสารละลายบัฟเฟอร์ประเภท I ยิ่งมีปริมาณกรดมาก ความจุของบัฟเฟอร์สำหรับอัลคาไลก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งมีปริมาณเกลือมาก ความจุของบัฟเฟอร์สำหรับกรดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในสารละลายบัฟเฟอร์ประเภท II ยิ่งมีปริมาณเกลือมาก ความจุของบัฟเฟอร์อัลคาไลก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งมีเบสมากเท่าใด ความจุของบัฟเฟอร์กรดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น