Рассмотрим диссоциацию слабой кислоты:

HAn « H⁺ + An^-

Диссоциация слабой кислоты – процесс обратимый и равновесный и для него можно записать закон действующих масс:

Из уравнения реакции видно, что [An^-]=[H⁺]. Равновесная концентрация молекулярной формы кислоты [HАn] равна разности аналитической или общей концентрации кислоты Ca и концентрации продиссоциировавших молекул. Учитывая, что концентрация продиссоциировавших молекул  равна концентрации образовавшихся ионов водорода, можно записать:

[HAn]=Ca – [H⁺].

Для слабых кислот при высоких концентрациях справедливо [H⁺] << Са, тогда

[HAn]=Ca.

Теперь подставим все равновесные концентрации, выраженные через [H⁺] и Са в выражение константы:

Отсюда выразим концентрацию ионов водорода и прологарифмируем полученное выражение:

 - это формула для расчета рН водных растворов слабых одноосновных кислот.

Аналогичным образом можно показать, что рОН водных растворов слабых оснований можно рассчитать по формуле:

Так как рН + рОН=рK_w=14, то формула для расчета рН водных растворов слабых оснований имеет следующий вид:

Пример. Рассчитать рН водных растворов а) 0,01 М раствора уксусной кислоты (К_а=1,76×10^-5, рК_а=4,76), б) 0,01 М раствора аммиака (К_b=1,76×10^-5, рК_b=4,76).

Решение:

a)

б) .

Буферные растворы

Буферные растворы – это растворы, которые не изменяют значение рН при добавлении небольших количеств кислоты, щелочи или при разбавлении. По химическому составу буферные растворы представляют собой смесь слабой кислоты и ее соли или смесь слабого основания и его соли.

Например:

ацетатный буферный раствор CH₃COOH+CH₃COONa, рН такого раствора меньше 7

аммиачный буферный раствор NH₄OH + NH₄Cl, рН этого раствора больше 7

Рассмотрим принцип действия буферных растворов на примере буферного раствора, содержащего слабую кислоту HA и ее соль NaA. В водном растворе этой смеси протекают следующие реакции:

НА « А^- + H⁺

NaА ® А^- + Na⁺

Диссоциация слабой кислоты процесс обратимый и равновесный, соль диссоциирует необратимо. рН этого раствора определяется наличием ионов водорода, образовавшихся в результате диссоциации кислоты. Действие буферных растворов основано на том, что отдельные компоненты буферных смесей связывают ионы водорода или гидроксид-ионы добавленных кислот или оснований с образованием слабых электролитов. Например, если к ацетатному буферному раствору прибавить щелочь, то произойдет реакция образования слабого электролита – воды:

Н⁺ +ОН^- = Н₂О

Следовательно, если к буферному раствору, содержащему кислоту, прибавить щелочь, то ионы водорода, образующиеся при электролитической диссоциации кислоты HА, связываются с гидроксид-ионами прибавленной щелочи, образуя слабый электролит – воду. Вместо израсходованных ионов водорода, вследствие последующей диссоциации слабой кислоты, появляются новые ионы водорода. В результате концентрация Н⁺ в буферном растворе восстанавливается до ее первоначального значения. Если к указанной буферной смеси прибавить сильную кислоту, то произойдет реакция Н⁺ + А^- ® НА, т.е. ионы А^-, образующиеся при электролитической диссоциации соли NaА, соединяясь с ионами водорода прибавленной кислоты, образуют молекулы слабой кислоты. Поэтому концентрация ионов водорода от прибавления сильной кислоты к буферной смеси тоже практически не изменяется.