Головна |
буферними розчинами, В широкому сенсі слова, називають системи, що підтримують певне значення будь-якого параметра (рН, потенціалу системи, концентрації катіонів металу), при зміні складу системи.
Кислотно-основним називається буферний розчин, який зберігає приблизно постійним значення рН при додаванні до нього не дуже великих кількостей сильної кислоти або сильної основи, а також при розведенні або концентрування.
Кислотно-основні буферні розчини містять (в не дуже малих кількостях) слабкі кислоти і зв'язані з ними підстави.
Причина буферного дії таких розчинів полягає в наступному.
Сильна кислота при додаванні до буферного розчину «перетворюється» в слабку кислоту, а серйозна причина - в слабка основа. Отже, помітної зміни рН розчину при цьому не відбувається.
Формулу для розрахунку рН буферного розчину можна отримати наступним чином.
Будемо вважати, що и
Отримане рівняння називається рівнянням Гендерсона - Хассельбаха. З цього рівняння випливає що, що рН буферного розчину залежить від відношення концентрацій слабкої кислоти і сполученого з нею підстави і тому незначно змінюється при розведенні (або концентрування).
Розведення, само собою, не може бути безмежним. При значному розведенні рН розчину зміниться, так як, по-перше, концентрації компонентів стануть такими малими, що не можна буде знехтувати автопротолізом води, по-друге, коефіцієнти активності незаряджених і заряджених частинок по-різному залежать від іонної сили.
Приклад 4.6. розрахувати рН розчинів, отриманих 1) при змішуванні 100 мл 0,10 М HCOOH і 200 мл 0,10 М HCOONа; 2) 200 мл 0,10 М NH3 і 100 мл 0,10 М HCl.
Замість концентрації в рівняння Гендерсона-Хассельбаха можуть бути підставлені кількості кислоти і підстави або обсяги їх розчинів (якщо концентрація розчинених речовин в останніх однакова)
1) 4,05 2)
Здатність буферного розчину чинити опір зміні рН залежить від співвідношення концентрацій слабкої кислоти і сполученого з нею підстави, а також від їх сумарної концентрації в розчині і характеризується буферної ємністю.
буферної ємністю(B або p) називають відношення нескінченно малого збільшення концентрації сильної кислоти або сильної основи в розчині (без зміни його обсягу) до викликаного цим збільшенням зміни рН.
Буферну ємність розчину можна розрахувати за такими рівняннями:
На рис. 4.4. наведено приклад залежності ? від рН.
У сильнокислой і лужної середовищі буферна ємність значно збільшується. Розчини, в яких досить висока концентрація сильної кислоти або сильної основи, також мають буферними властивостями, причому навіть більшою мірою, ніж розчини, що традиційно розглядається в якості «буферних». Для розчинів сильних кислот b = 2,3 [H3O+], Для розчинів сильних основ b = 2,3 [OH-].
Мал. 4.4. Залежність буферної ємності 0,2 М ацетатного буферного розчину від рН
Буферна ємність максимальна при рН = рКa і становить 2,3 · 0,5 · 0,5Cбуф = 0,575Cбуф. Для підтримки деякого значення рН слід використовувати такий буферний розчин, у якого величина рКa що входить в його склад слабкої кислоти знаходиться якомога ближче до цього рН. Буферний розчин має сенс використовувати для підтримки рН, що знаходиться в інтервалі рКa ± 1. Такий інтервал називається робочою областю буфера. Наприклад, робоча область рН для ацетатного буферного розчину становить приблизно 3,8 - 4,8. Абсолютно безглуздо використовувати такий буферний розчин для рН, наприклад, 9.
Приклад 4.7. Розрахувати буферну ємність форміатного буферного розчину, згаданого в прикладі 4.6. яким стане рН цього розчину, якщо до 1 л додати 5,0 ? 10-3 моль сильної кислоти?
моль / л
моль / л
моль / л
, РН розчину стане рівним 3,95.
Друга аналітична група катіонів | Схема систематичного аналізу | Схема систематичного аналізу | Схема систематичного аналізу | ГЛАВА 3 | Активність і коефіцієнт активності | Відхилення від ідеальності в розчинах сильних електролітів | В аналітичній хімії використовуються | Найважливіші теорії кислот і підстав | Нівелює і дифференцирующее дію розчинника. Сильні і слабкі кислоти і підстави |