Буферные растворы

Буферные растворы – это смесь кислоты и сопряженного основания рН не изменяется при изменении или добавлении сильной кислоты или основания.

Буферы бывают:

H₂CO₃ + NaOH = NaHCO₃ (Бикорбанатный буфер);

NaH₂PO₄ = Na₂HPO₄ (Фосфотный буфер);

Pt – COOH = Pt – COONa (Белковый буфер);

H | Hb / -Hb^- (Гемоглобиный буфер Hb);

H | HbO₂ / HbO₂^- (Оксигемоглобиновый буфер);

СН₃COOH / CH₃COONa (Ацетатный буфер);

NH₄OH / NH₄Cl (Аммиачный буфер).

AH =H⁺ + A^-

Уравнение Гендерсона-Хасельбаха

1-го рода – слабая кислота и её соль с сильным основанием

СН₃COOH / CH₃COONa;

2-го рода – слабое основание и его соль с сильная кислота

NH₄OH / NH₄Cl;

3-го рода – механизм действия буферного раствора одинаков. заключается в том, что если к буферу добавить не большое количество кислоты или основание то рН не изменится.

Сн3cooh / ch3cooNa; и добавили hCl

СН₃СООNa + HCl = CH₃COOH + NaCl

Сн3cooh / ch3cooNa; и добавили koh

pH = 14 – pOH; pKa + pKb = 14

Буферная ёмкость – это расчётная величина которая равна руслу молярных масс эквивалентна сильной кислоты или основания, которого надо добавить в 1 литр буферного раствора чтобы рН изменился на 1

Буферные системы организма

рН крови – 7,4 (7,35 – 7,45)

Н+	100	45	40	36	16
зР	7,0	7,35	7,4	7,45	7,8

Углекислый газ 13 моль за сутки более одного литра концентрирует соляной кислоты. другие кислоты 70 ммоль: серная, кетоновая, фосфоорганические кислоты.

Бикорбанарный буфер

СO₂ + H₂O = H₂CO₃ = H⁺ + HCO₃^-

+lg20=6,1+1,3=7,4

pK_a = 6,1

Гемоглабиновый буфер

HH = H⁺ + Hb^- pK = 8,25

HHbO₂ = H⁺ + HbO₂^- pK = 6,6

CO₂ + H₂O₂ = H₂CO₃ = H + HCO₃

Лёгкие

Эритроцит

Н₂О

Плазма

СО₂

Ткань

CO₂+H₂0=H₂CO₃

HCl

HHbO₂=HCH+O₂

O₂

Cl₂

П

Эритроцит

О₂+HHb=HHbO₂

HCO₃^-

Cl^-

H₂CO₃

CO₂

H₂O

Cl^-

O₂

HCO₃

очки

Показатели кислотно-щелочного равновесия

pH = 7,35 – 7,45

концентрация ионов: 36 -45 нмоль/л,

рСО₂: 35 – 45 мм.рт.ст,

актуальный бикорбанат у взрослого: 21 – 22 – 28 ммоль/л,

актуальный бикорбанат у ребёнка: 19 -24 ммоль/л,

актуальный бикорбанат у новорождённого: 17 – 24 ммоль/л,

стандартный бикорбанат: 22 – 26 ммоль/л.

Избыток буферных оснований ( – 1 до + 2)

Новорождёные (– 10 до – 2)

Груднички ( – 7 до – 1), Ребёнок ( – 4 до + 1).

Обучающие задачи и эталоны их решения

Задача 1:

При 25°С давление насыщенного пара воды состав­ляет 3,166 кПа (23,75 мм.рт.ст.).Найти при той же температуре давление насыщенного пара над 5% водным раствором кароамида (мочевины (NH₂)₂CO)

Решение:

1 – Кратко записать условие задачи

Р° = 3,166 кПа

= 25%

T = 25⁰C

Найти: Р – ?

2 – Записать выражение 1-го закона Рауля исходя из молярной доли раство­рителя (воды)

Р = Р⁰Х(растворителя)

3 – вычислить молярную долю (NH₂)₂CO

4 – вычислить давление насыщенного пара над раствором

Х(х) = 3,166 = 3,119 кПа ( или 23,21 мм.рт.ст.)

Задача 2:

55,16 г сахарозы растворено в 316,3 г воды. Рассчитать температуру кипения этого раствора.

Температура кипения раствора

Решение:

1 – Кратко записать условие задачи

m(сахара) = 55,16 г.

m (Н₂О) = 316,3 г.

Т_кип(Н₂О) = 237,15 + 100 = 337,15 К

R = 8,314 Дж/К моль

М (сахара) = 348 г/моль

М (Н₂О) = 18 г/моль

Т_кип (раствора) – ?

2 – Вычислить моляльную концентрацию раство­ра сахарозы

3 – Вычислить повышение температуры кипения раствора сахарозы

Т_к = К_эb(x) = 0,512 0,506 = 0,26К

4 – определить температуру кипения раствора сахарозы

Т_к (раствора) = Т_к (Н₂О) + Т = 337,15 + 0,26 = 337,41 К

Задача 3:

Вычислить осмотическое, давление раствора с массовое долей глюкозы 1% (плотность раствора принять равной 1г/см³). Будет ли данный раствор изотоничен для крови? R = 0,082 л атм /К моль

Решения:

1 – Кратко записать условие задачи, учитывая, что температура тела чело­века 37°С

(C₆Н₁₂О₆) = 1%

= 1 г/см³

R = 0,082 л атм /К моль

π – ?

2 – Записать математическое выражение закона Вант-Гоффа

π = С(х)RT;

3 – Найти объем раствора

4 – Найти осмотическое давление

π =

5. Сравнить осмотическое давление раствора глюкозы с осмотическим давлением крови(7,7 атм)

π (раствора) = 1,72 атм

π (крови) = 7,7 атм

1,72 атм < 7,7 атм

Данный раствор с массовой долей глюкозы 1% гипотоничен по отношению к крови.

Задача 4:

Рассчитать значение рН, для раствора хлорида аммо­ния с концентрацией 0,1 моль/л

Решение:

1 – Хлорид аммония гидролизуется по катиону, поэтому реакция среды кислая

NH₄⁺ + H₂O = NH₃ + H₃O

NH₄⁺ – слабая кислота

2 – рН соли NH₄Cl, образованной слабым основанием NH₃ и сильной кислотой HCl, рассчитывает, по формуле

3 – Значения К_дисс и рК_дисс находят в справрчнике:

К_дисс = 1,79 10^-5, рК_дисс = 4,74

4 – С_соли = 10= 10^-1

рС = -lgC_соли = -lg10^-1

pC_соли = 1

5 – Подставляет значения рК и рС в формулу

Задача 5:

Найти рН раствора соляной кислоты с концентрацией 0,05 моль/см³-

Решение:

HCl = Cl^- + H⁺

если учитывать, что соляная кислота практически

полностью диссоциирована то

[H⁺] = [HCl] = 0,05 моль/дм³

[H⁺] = 0,05 = 5 10^-2 моль/дм³

рН = -lg[H⁺] = -lg5 10^-2 = -lg5 + lg10^-2 = -0,699 + 2 = 1,3010 = 1,3

Задача 6:

Определите рН буферного раствора приготовленного из 100 см³ раствора с концентрацией СН₃СООН 0,1 моль/дм³ и 200 см³ раствора с концентрацией 0,2 моль/дм³. Как изменится рН этого раствора при добавлении к нему 5 см³ раствора с концентрацией NaOH 0,1 моль/дм³ и при разбавлении его в 10 раз? рК_а (СН₃СООН) = 4,75

Решение:

• рН буферного раствора определяется по уравнению Гендельсона-Хасельбаха

• Согласно протолитической теории Бренстеда-Лоури равновесие в данной буферной системе можно выразить в виде уравнения

СН₃СООН + Н₂О = СН₃СОО^- + Н₃О⁺

[СН₃СОО^-] = n(CH₃COONa) = C(CH₃COONa) V(CH₃COONa)

[СН₃СООH] = n(CH₃COOH) = C(CH₃COOH) V(CH₃COOH)

• Подставив в уравнение Гендельсона-Хасельбаха для расчета рН

• При добавлении к буферному раствору щелочи то последней взаимодействует уксусная кислота по уравнению

СH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

• При этом концентрация кислоты уменьшается, а концентрация соли соответственно увеличивается эквивалентно добавленной щелочи

n(NaOH) = C(NaOH) V(NaOH)

• Величина рН при добавлении изменилась на (5,37 – 5,35 = 0,02) т.е. незначительно

• При добавлении буферного раствора водой в 10 раз концентрация каждого из компонента умеьшется в 10 раз

Отсюда видно, что при разбавлении водой, величина рН буферного раствора не изменяется. Однако с разбавлением слабого электролита, согласно закону Освальда увеличивается степень его диссоциации, а разбавлении соли влечёт за собой изменение гидролиза. Однако эти изменения незначительны.

Задача 7:

К 100 см³ крови измерения рН от 7,36 до 7,00 добавили 36 см³ раствора HCl с концентрацией 0,05 моль/дм³. Рассчитайте буферную ёмкость крови по кислоте?

Решение:

Буферная ёмкость крови по кислоте определяется по формуле:

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

определенные химические соединения, образованные сочетанием отдельных комплексов и представляющие собой сложные ионы или молекулы, способные к существованию как в кристаллическом, так и в равновесном состоянии;

CuSO₄ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]SO₄; PtCl₄ + KCl = K₂[PtCl₆].

Лиганды – ионы или молекулы , непосредственно связанные с центральным атомом.

Центральный атом – (комплексообразователь) атом, стремящийся под действием сил главной и побочной валентности окружить слои ионами или молекулами. В роли комплексообразователей чаще всего выступают катионы металлов;

Д

ентатность (координационная ёмкость) – число координационных мест, занимаемых лигандами около комплексообразователя. например, анионы СО₃^2-, SO₄^2- являются бидентатными. Лигандами типа Н₂О, NH₃, ионов галогенов и цианид-иона всегда монодентатны;

Теория Вернера:

1-е положение – атом кроме своей обычной валентности может проявлять дополнительные валентности. Обозначается пунктиром или стрелочкой только при обратном комплексном соединении,

2-е положение – каждый компонент состоит из центрального атома металла или неметалла с которым получаются связи с лигандами,

3-е положение – каждый комплекс характеризует координационное числа – общее число связей, образуемых комплексообразователем с лигандами.

С центральным атомом, лигандами образуют внутреннюю сферу компонента – представляют комплексообразователь и лиганды. Связь между ними ковалентная, образованная по обменному и донорно-акцепторному механизму (берётся в [ ]).

4-е положение – внутренняя сфера может либо нейтральной или положительно или отрицательно заряжена. Внешняя сфера – находится за пределами внутренней сферы комплексного соединения. Ионы, находятся во внешней сфере, связаны с комплексным ионом, силами электростатического взаимодействия и в растворах легко отщепляются подобно ионам сильных электролитов.

K ₄[Fe(CN)₆]; [Pt(NH₃)₆]Cl₄; [Pt(NH₃)₂Cl₂]

внешняя сфера внутренняя сфера только внутренняя

Типы и номенклатура (ИЮПАК)

Анионного типа

К₂[Fe(CN)₅NH₃] = 3K⁺ + [Fe²⁺(CN)₅^5- NH₃]^3-

координационное число = 6

Пентацианоамино феррат II Калия

K[Co(NH₃)₂(NO₂)₄]^-1

K[Co(NH₃)(NO₂)₅]^-2

K[Co(NO₂)₆]^-3

Катионного типа

[Zn(NH₃)₄]Cl₂ = 2Cl^- + [Zn⁺(NH₃)₄]²⁺

координационное число = 4

Тетраамина цинк I хлорид

[Co(NH₃)₄(NO₂)₂]Cl

координационное число = 6

Динитротетраамино кобальт III хлорид

[Pt(NH₃)₄Br₂]Cl₂

координационное число = 5

Дибромотетраамина платина IV хлорид

[Co(NH₃)₆]³⁺Cl₃

[Co(NH₃)₅NO₂]²⁺Cl₂

[Co(NH₃)₄ (NO₂)₂]⁺Cl

Нейтрального типа

[Pt^2-(NH₃)₂Cl₂]

координационное число = 3

дихлородиамино платина III

[Pt(NH₃)₄Cl₂]

координационное число = 5

дихлоротетраамино платина II

[Co(NH₃)₃ (NO₂)₃]

Изомерия

Гидратна (Сальваторная) изомерия – различные распределения молекулы воды между внутренней и внешней сферы.