Буферные растворы

Буферные растворы – это растворы с определенной концентрацией ионов Н+, которая незначительно изменяется при разбавлении, концентрировании, а также при добавлении небольших количеств кислот и оснований, не превышающих некоторого предела.

Удерживать постоянным значение рН – особое свойство буферных растворов, которое называют буферное действие.

Чаще всего буферный раствор – это раствор слабой кислоты или слабого основания с добавлением соли соответствующей кислоты или основания. Например: CH3COOH + CH3COONa (1) или NH4OH + NH4Cl (2).

На чем основано буферное действие?

Рассмотрим это на примере ацетатного буфера CH3COOH + CH3COONa.

а) введению Н+ - ионов противодействует CH3COONa – сильный электролит, находящийся в растворе в виде CH3COO - и Na+ ионов.

CH3COONa + Н Cl → CH3COOH + Na Cl

CH3COO - + Н+ → CH3COOH – образуется слабый электролит, рН изменяется незначительно.

б) если к буферному раствору прибавить немного сильного основания, например, NаOH, то ионы ОН - будут связываться частью ионов Н+ в Н2О, и рН практически не изменится.

CH3COOH + NаOH → CH3COONa + Н2О

Н+ + OH- → Н2О

То же самое происходит и в случае аммиачного буфера.

Способность буферного раствора сохранять рН не безгранична. Буфер имеет определенную «буферную емкость». «Буферная емкость» - способность буферного раствора оказывать сопротивление действию кислот или щелочей, вводимых в раствор в одинаковых количествах и определенной концентрации.

Пример. Если к (1) и (2) буферным растворам прилить одинаковые количества НCl равной концентрации, и рН (1) изменится на 1, а рН (2) – на 2 единицы рН, то можно сказать, что у раствора (1) буферная емкость больше, чем у (2).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Если буферная емкость будет исчерпана, то при прибавлении кислоты или основания рН буферного раствора резко изменится. Буфер перестает быть буфером. Практически допускается изменение рН раствора на ± 1.

Число эквивалентов N кислоты или основания, необходимое для смещения рН одного литра буферного раствора на 1 единицу называется буферной емкостью:

В =N/ ( pH1 – pH0 ), где

pH1 - рН буферного раствора после добавления кислоты или основания;

pH0 – рН исходного раствора

Буферная емкость раствора тем больше, чем больше концентрация компонентов буфера (кислоты и её соли, основания и его соли).

Буферное действие раствора прекращается, как только один из компонентов раствора будет израсходован примерно на 90 %. Наиболее часто применяют буферные растворы с концентрацией компонентов 0.1М.

Расчеты для буферных растворов

    Для буферных растворов, состоящих из слабой кислоты и ее соли (например, ацетатный буфер): [ Н+] = КD кислоты · скислоты /ссоли
    Для буферных растворов, состоящих из слабого основания и его соли (например, аммиачный буфер): [ОН-] = КD основания · соснования / ссоли
    Если в буферной смеси концентрация кислоты (основания) равна концентрации соли этой кислоты (соли этого основания), значения

[ Н+] = КD кислоты, т. к. скислоты = ссоли

[ОН-] = КD основания, т. к. соснования = ссоли

Пример. Вычислить [ Н+] и рН буферного раствора, представляющего собой смесь 20 мл 0,2М раствора CH3COONa и 80 мл 0,1М раствора CH3COOH.

Решение. [ Н+] = КD CH3COOH · с CH3COOH /с CH3COONa

с CH3COOH = (0,1 · 0,08) / (0,08 + 0,02) = 0,08 моль/л

с CH3COONa = (0,2 · 0,02) / (0,08 + 0,02) = 0.04 моль/л

КD CH3COOH = 1.85 ·10-5

[ Н+] = 1.85 ·10-5 ·0.08/0.04 = 3.7 ·10-5

рН = - lg[ Н+] = - lg(3.7 ·10-5) = 5 – 0,22 = 4,78

Значение буферных растворов велико, особенно в аналитической химии, там, где требуется соблюдение определенного значения рН: при проведении реакций окисления-восстановления, осаждении катионов и анионов и т. д. Регулирование рН возможно с помощью кислоты или основания, приливая их по каплям до необходимого значения, либо буферными растворами различного состава (справочные данные).