Буферные растворы
Страница 1

Большинство аналитических реакций в водных растворах проводят при определенных значениях рН. Для поддержания заданного значения рН используют специальные буферные растворы (БР). БР содержат двойные смеси сопряженных кислот и оснований. Приготовленные БР специально вводят в реакционную систему, но БР могут и сами образовываться в ней за счет химических реакций слабых кислот (слабых оснований) или гидролизующихся солей с сильными основаниями (сильными кислотами). БР обладают способностью не изменять заметно рН при их разбавлении, а также препятствовать изменению рН реакционной системы, в которую введен (или образовался) БР, при добавлении к ней небольших количеств сильной кислоты или оснований. Сущность буферного действия БР заключается в том, что его сопряженная кислота может связывать ОН-- ионы, а сопряженное основаниеН+ - ионы в молекулы слабого электролита (воду, слабую кислоту или слабое основание). рН системы при этом меняется незначительно. Во всех реакциях один компонент БР вступает во взаимодействие, а другой является ее продуктом (табл. 1.4.2).

Таблица 1.4.2

Буферный раствор и его рН

Химическая реакция

при добавлении кислоты

при добавлении основания

Ацетатный БР (СН3СООН + СН3СООNa) pH = 4,7

СН3СООNa + HCl = СН3СООН + NaCl

СН3СООН + NaОН = СН3СООNa + H2О

Аммиачный БР (NH4OH + NH4Cl) рН = 9,3

NH4OH + HCl = NH4Cl + H2О

NH4Cl + NaОН = NH4OH + NaCl

Карбонатный БР (Na2CO3 + NaHCO3) рН = 10,3

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl

NaHCO3 + NaОН = Na2CO3 + H2О

Фосфатный БР (Na2HPO4 + NaH2PO4) рН = 8

Na2HPO4 + HCl = NaH2PO4 + NaCl

NaH2PO4 + NaОН = Na2HPO4 + H2О

Уравнение для вычисления рН БР, состоящих из слабой кислоты НАn и ее соли МАn, можно вывести следующим образом.

Слабая кислота НАn диссоциирует с образованием сопряженного основания Аn- : НАn  Н+ + Аn-

по ЗДМ:

Для слабой кислоты концентрацию недиссоциированных молекул можно принять равной концентрации кислоты, т.е. [НАn] = c (НАn). Содержащаяся в БР соль МАn диссоциирует нацело (полностью), поэтому концентрация сопряженного основания Аn-, образовавшегосявследствие диссоциации соли МА, значительно больше, чем вследствие диссоциации слабой кислоты НАn, поэтому можно считать, что[Аn-] = c (МАn). Подставим полученное в уравнение для К(НАn)

Отсюда ,

следовательно, .

Последняя формула доказывает, что при разбавлении БР его рН не изменяется, так как при этом меняются только значения с(НАn) и с (МАn), а их соотношение сохраняется.

Аналогично для БР, состоящего из слабого основания ВОН и его соли ВА, можно получить

так как то

отсюда

Буферирующая способность БР количественно определяется буферной емкостью.

 =  с / рН

.

Она соответствует количеству эквивалентов сильной кислоты или сильного основания, которое вызывает изменение на единицу рН БР. Максимальную буферную емкость имеют БР с соотношением компонентов 1:1.

В большинстве случаев  рассчитывается по упрощенной формуле

Страницы: 1 2 3