ЗАНЯТИЕ №
Тема: Буферные растворы.
Мотивация изучения темы. Для нормального протекания физиологических процессов необходима строго постоянная реакция внутренних сред организма (крови, лимфы, слюны, желудочного сока и т. д.). От величины рН зависят: активность биологических макромолекул, каталитическая активность ферментов, осмотическое давление, электролитный обмен и др.
Поддержание на должном уровне кислотно-основного равновесия обеспечивается на молекулярном уровне действием буферных систем, которые поддерживают постоянство рН при добавлении небольших количеств кислот и оснований, а также при разбавлении.
Цель: Изучить буферные растворы, их состав, свойства и факторы, влияющие на рН буферных систем.
Задачи изучения:
1. Закрепить знания о водородном и гидроксильном показателе.
2. Приобрести навыки расчета рН кислотных и основных буферных растворов.
3. Закрепить навыки расчета концентрации ионов водорода по величине рН.
Продолжительность занятия - 165 минут (135 учебного времени и 30мин перерыв).
Место проведения занятия - учебный практикум (кафедра общей химии)
Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).
А. Контрольные вопросы
1. Диссоциация воды. Ионное произведение воды.
2. рН-водородный показатель, как мера активной кислотности. Общая и активная кислотность.
3. Буферные растворы (определение).
4. Типы буферных растворов (название, состав).
5. Механизм буферного действия (на примере кислотного и основного буферных растворов).
6. Расчет рН буферных систем (уравнение Гендерсона-Гассельбаха для расчета рН кислотного и основного буферных растворов).
7. Факторы, влияющие на рН буферного раствора.
Б. Список рекомендуемой литературы:
1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учебник для ВУЗов/ , , и др. - 2 изд. - М.: ВШ, 2000.
2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов/под ред. , - М.: ВШ, 2006.
3. , , Филиппова задач и упражнений по общей химии. - М.: ВШ, 2007.
4. Практикум по общей и биоорганической химии /под ред. – 3-е изд.-М.: изд. центр «Академия», 2008.-240с
В. Обучающий материал.
В. Обучающий материал.
1. Вода – слабый электролит, частично диссоциирует:
Н2О ⇄ Н+ +ОН - 
Кдисс·[Н2О] = [Н+]·[ОН-]. При определенной температуре Кдисс и [Н2О] – величины постоянные, следовательно:
Кв = [Н+]·[ОН-] – ионное произведение воды.
При 25°С: Кв = [Н+]·[ОН-] = 10-14 моль2/л2
В кислой среде [Н+]>10-7 ; в нейтральной среде [Н+]=10-7; в щелочной среде[Н+]<10-7.
2. рН = - lg[Н+] – водородный показатель
В кислой среде рН<7, в нейтральной среде рН=7, в щелочной среде рН>7.
Из логарифмической формы ионного произведения воды следует:
рН + рОН = 14 (рОН = - lg [ОН-] )
3. Чтобы найти концентрацию ионов водорода по величине рН, необходимо:
[Н+] = 10-рН
4. Действия с десятичными логарифмами.
а) логарифм произведения равен сумме логарифмов сомножителей:
lga·b = lga + lgb lg2,5·10-2 = lg2,5+lg10-2
б) логарифм частного – разность логарифмов делимого и делителя:
в) логарифм числа в степени – произведение показателя степени на логарифм ее основания:
lg an = n· lg a lg10-5 = -5·lg10
г) логарифм корня – частное от деления логарифма подкоренного выражения на показатель корня:
Примечание. Десятичный логарифм единицы равен нулю (lg1=0). Логарифмы чисел 10, 100, 1000 и т. д. равны 1,2,3 и т. д., т. е. имеют столько положительных единиц, сколько нулей стоит после единицы. Десятичные логарифмы чисел 0,1, 0,01, 0,001 и т. д. равны соответственно -1. -2, -3 и т. д., т. е. имеют столько отрицательных единиц, сколько нулей стоит перед единицей, включая ноль целых.
Логарифмы остальных чисел имеют целую часть (характеристику) и дробную часть (мантиссу).
5. рН буферных растворов рассчитывают по уравнению Гендерсона-Гассельбаха
а) для кислотных буферов
; рК = - lgK, тогда 
б) для основного буфера:
или 
Г. Обучающие задачи
Задача №1. Каким будет примерное значение рН растворов с концентрацией: а) С(Н+) = 10-4моль/л; б) С(Н+) = 10-12моль/л; в) С(ОН-) = 10-4моль/л; г) С(ОН-) = 10-12моль/л? Укажите реакцию среды этих растворов.
Решение. а) рН = - lg[Н+] pH = - lg10-4 = -(-4·lg10) = -(-4·1) = 4
б) pH = - lg10-12 = -(-12·lg10) = 12
в) [Н+]·[ОН-] = 10-14 
pH = - lg10-10 = 10
г) рОН = - lg [ОН-] = - lg10-12 = 12
pH + pOH = 14 pH=14-pOH = 14-12 = 2
В растворах с рН, равным: 4(а), 2(г) – кислая реакция среды. В растворах с рН 12(б), и 10(в) – щелочная среда.
Ответ: а) рН=4; б) рН=12; в) рН=10; г) рН=2.
Задача 2. Расположите растворы в порядке убывания концентрации ионов водорода в них, если рН1=3; рН2=11, рН3=5,4; рН4=7,8.
Решение.
[Н+] = 10-рН
[Н+]1 = 10-3моль/л; [Н+]2 = 10-11моль/л; [Н+]3 = 10-5,4 моль/л; [Н+]4 = 10-7,8моль/л;
Ответ: 1, 3, 4, 2 (10-3; 10-5,4; 10-7,8; 10-11)
Задача №3. Рассчитайте рН и С(Н+) в буфере, содержащем 80мл 0,2М раствор NH4OH и 40мл NH4Сl. К(NH4OH)=1,8·10-5.
Дано: Решение.
С(NH4OH)= 0,2моль/л Дан основный буфер.
V(NH4OH)= 80 мл 1. Рассчитаем рН буферного раствора
C(NH4Сl)= 0,1моль/л
V(NH4Сl)= 40мл 
К(NH4OH)=1,8·10-5 
рН-? [Н+] -? =14+0,2553-5+0,6021=9,8574≈9,86
2. Рассчитаем [Н+] в буфере
[Н+]=10-рН [Н+] = 10-9,86 = antilg(-9,86) = antilg 10,14 = 1,38·10-10моль/л
Ответ: рН раствора 9,86; [Н+] равна 1,38·10-10моль/л
Задача 4. Рассчитать рН и[Н+] в карбонатном буфере, в котором соотношение кислоты и соли 2:6,5. К(Н2СО3) = 3,3·10-7.
Дано: Решение:
Дан кислотный буфер
К(Н2СО3) = 3,3·10-7 1. 
рК = - lgK
рН; [Н+] - ? рН = - lg3,3·10-7+ 
= -(lg3,3 + lg10-7) + lg3,25 =
= -0,5185+7+0,5119 = 6,9934≈6,99
2. [Н+]=10-рН [Н+]= 10-6,99 = antilg(-6,99) = antilg 7,01 = 1,023·10-7моль/л
Ответ: рН=6,99; [Н+] = 1,023·10-7моль/л
Д. Задачи для самостоятельного решения.
Задача 1. Расположите растворы в порядке возрастания концентрации гидроксид-ионов в них: рН1= 1; рН2= 13, рН3= 4; рН4= 10
Задача 2. Каким будет значение рН растворов: а) С(ОН-) = 10-5моль/л; б) С(Н+)=10-9моль/л; в) С(Н+) = 10-11моль/л; г) С(ОН-) = 10-3моль/л? Укажите реакцию среды этих растворов.
