Буферные системы (или буферные растворы) – это растворы, способные сохранять приблизительно постоянное значение рН при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или сильных оснований.
Буферные растворы могут содержать либо одно индивидуальное вещество, либо смесь веществ.
Часто используют буферные растворы, содержащие смесь слабой кислоты и ее соли (например, муравьиная кислота и формиат натрия НСООН + НСООNa – формиатный буфер) или смесь слабого основания и соли этого основания (например, аммиак и хлорид аммония NH3*H2O + NH4Cl – аммиачный буфер).
Чтобы в буферной системе поддерживалось заданное постоянное значение рН, ее готовят, смешивая рассчитанные количества компонентов, из которых состоит буферная смесь.
Рассмотрим подробнее два типа буферных систем: систему, содержащую слабую кислоту и ее соль, и систему, содержащую слабое основание и его соль.
А) Буферная смесь, содержащая слабую кислоту и ее соль:
Примером такой системы может служить ацетатная буферная смесь – водный раствор, содержащий слабую уксусную кислоту СН3СООН и ее соль– ацетат натрия CH3COONa. Ацетат натрия (как сильный электролит) в водном растворе распадается на ионы нацело, а уксусная кислота (как слабый электролит) – лишь частично:
CH3COONa → Na+ + CH3COO-
CH3COOH + H2O = H3O+ + CH3COO-
Буферное действие ацетатной смеси заключается в следующем.
Если в буферную смесь прибавляют небольшой объем сильной кислоты, то ионы водорода этой кислоты, которые могли бы привести к изменения рН раствора, будут связываться ацетатными ионами в практически недиссоциирующую уксусную кислоту:
СН3СОО- + Н3О+ = СН3СООН + Н2О
Так что баланс ионов водорода в растворе практически не нарушается и рН раствора сохраняется постоянным.
Если к этому же раствору прибавить небольшое количество щелочи, то гидроксид-ионы щелочи будут связываться уксусной кислотой:
ОН- + СН3СООН = СН3СОО- + Н2О
Так что значение рН раствора также практически изменится.
Переходя к показателям, получаем:
c(СН2СООН)
рН = рКа + р (4)
с(СН3СОО Na )
аналогичные рассуждения в общем случае для буферной системы, содержащей слабую одноосновную кислоту НВ и ее соль KatB (Kat+ - однозарядный катион), приводят к формуле (16):
са
рН = рКа + р , (5)
св
где Ка – константа кислотной диссоциации НВ: са и св – соответственно исходные концентрации кислоты НВ и ее соли KatB.
Б) Буферная система, содержащая слабое основание и его соль:
Рассмотрим равновесие в аммиачной буферной смеси – в водном растворе аммиака и хлорида аммония:
NH 3 * H 2 O + NH 4 Cl
Хлорид аммония как сильный электролит распадается на ионы нацело:
NH4Cl → NH4+ + Cl-
NH3 + H2O = NH3*H2O = NH4+ + OH-
Если к аммиачному буферу прибавить небольшое количество щелочи, то гидроксильные группы этой щелочи связываются катионами аммония с образованием практически не диссоциирующего в данных условиях аммиака:
ОН- + NH 4 + = NH 3 * H 2 O
Поэтому рН раствора и в этом случае практически не изменится.
Найдем величину рН аммиачного буфера.
c ( NH 3 )
рН = 14 – рОН = 14 рКв – р (6)
c ( NH 4 Cl )
в общем случае для буферной смеси, содержащей слабое однокислотное основание В и его соль ВАn (An – анион), аналогичным путем можно прийти к формуле (17):
рН = 14 – рКв – р(св /са), (7)
где рКа – показатель константы основности слабого однокислого основания В; св и са – соответственно исходные концентрации слабого основания В и его соли Ban.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 349.