Примеры буферных растворов

Состав буферной смеси	Название буфера	рН при соотношении компонентов 1:1
НСООН + НСООNa	Формиатный	3,8
СН3СООН + СН3СООNа	Ацетатный	4,7
NН4ОН + NН4Сl	Аммонийный	9,2
NaН2Р04 + Na2НР04	Фосфатный	5,6

Буферные растворы играют большую роль в биологии, так как активность многих ферментов и гормонов сильно зависит от рН среды, а постоянство катионов [Н⁺¹ обеспе­чивает согласованную работу жизненно важных органов. Буферными свойствами обладает, например, смесь рас­творов слабых кислот и их солей, образованных сильными основаниями. В частности, ацетатный буферный раствор: СН₃СООН + СН₃СО(Жа. Рассмотрим, как «работает» такой раствор.

Диссоциацию компонентов буферного раствора можно представить:

СН₃СООН ~ СН₃СОО- + Н⁺;

СН₃СОONа ~ СН₃СОО- + Nа⁺;

При введении в раствор хорошо диссоциирующего СН₃СОONа диссоциация кислоты, в соответствии с принци­пом Ле-Шателье, подавляется. В результате этого концент­рация недиссоциированных молекул [СН₃СООН] становится примерно равной концентрации кислоты, а концентрация ио­нов [СН₃СОО~] — общей концентрации соли, тогда

Так как К_{СНзСООН} = 1,8 • 10^-5 и постоянна, то

Перейдем от концентрации ионов водорода к рН, обозна­чив — lg К_д = рК_к__та, тогда

При постоянстве [СН₃СООН] = [СН₃СОО-]рН = 4,74.

Если же буферный раствор получают сливанием различ­ных объемов компонентов с различной концентрацией, то формула для вычисления рН кислотных буферов выглядит следующим образом:

Аналогичным образом можно вывести формулу для расчета pH основного буфера на примере аммонийного буферного раствора.

Способность буферных смесей поддерживать постоян­ство рН связано с тем, что с добавлением кислоты реагирует один компонент смеси, а с щелочами — другой, вследствие чего происходит связывание ионов Н⁺ или ОН~. Например, когда к ацетатному буферному раствору прибавляют немно­го КаОН, гидроксид-ионы (ОН~) соединяются с катионами иодорода (Н⁺) уксусной кислоты и дают недиссоциирующую воду

Концентрация ионов Н⁺ восстанавливается за счет смещения равновесия диссоциации кислоты вправо по принципу Ле-Шателье. В целом рН мало меняется.

Если к ацетатному буферному раствору прибавить не^| много сильной кислоты, процесс идет другим путем:

Здесь катионы Н⁺ сильной кислоты НСl связываются с анионами СН₃СОО^– соли в молекулы слабодиссоциирующей уксусной кислоты СН₃СООН. Диссоциация СН₃СООН подав­ляется ацетат-ионами СН₃СОО^–. В результате этого сильная кислота заменяется слабой СН₃СООН и концентрация [Н⁺]

мало меняется.

При проведении анализа следует помнить, что способ­ность буферных растворов поддерживать постоянство зна­чения рН неодинакова и небезгранична, она зависит от ка­чественного состава буферного раствора и концентрации его компонентов. Сила сопротивления таких растворов дей­ствию кислот и оснований характеризуется буферной емко­стью. Предельное количество кислоты или основания опре­деленной концентрации (моль/л), которое можно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его рН изменилось на единицу, и называется буферной емкостью.

Буферные растворы широко применяются в химическом анализе. Например, ацетатный буферный раствор, кроме указанного выше примера, применяют для разделения ионов, осаждаемых в виде гидроксидов и оксиацетатов (Сr³⁺, Аl³⁺, Ре³⁺), от ионов, не осаждаемых в виде.указанных соединений. Аммонийный буферный раствор применяют при осаждении карбонатов бария, стронция, кальция и отделения их от ио­нов магния; а также при выделении гидроксидов алюминия, хрома, железа. Формиатный буферный раствор применяют для отделения ZnS в присутствии катионов кобальта, нике­ля, марганца. Фосфатный буферный раствор используют при проведении многих реакций окисления-восстановления.

Дата добавления: 2014-01-03