7.9. Буферные растворы

Буферными растворами называются растворы с устойчивой концентрацией водородных ионов и, следовательно, с определенным значением рН, почти не зависящим от разведения и лишь слабо изменяющимся при прибавлении к раствору небольших количеств сильной кислоты или щелочи.

Такими свойствами обладают растворы, содержащие слабую кислоту или слабое основание совместно с их солью. Рассмотрим для примера раствор, содержащий уксусную кислоту и ацетат натрия. В этом случае процесс диссоциации характеризуется уравнением

. (7.18)

Присутствие ацетата практически полностью подавляет диссоциацию самой кислоты. Поэтому можно считать, что концентрация С_{СН3СООН} практически равна исходной концентрации кислоты Ск. Концентрация ацетата равна концентрации  х С_соли, т.е. произведению концентрации соли на степень ее диссоциации. В результате получим

. (7.19)

Для разбавленных растворов  = 1.

Тогда рН буфера будет:

, (7.20)

или

, (7.21)

или

. (7.22)

Для основных буферов:

(7.23)

Величина рН – буферных растворов зависит:

• от показателя константы диссоциации слабой кислоты или слабого основания;

• от соотношения компонентов буферного раствора.

рН = рК + 1 – зона буферного действия раствора.

В этом интервале значений рН наиболее четко поддерживается активная кислотность среды.

7.10. Механизм действия буферных растворов

При рассмотрении механизма действия буферов необходимо ответить на два вопроса:

• Почему рН буферного раствора не меняется при разбавлении?

• Почему рН буферного раствора не меняется при добавлении небольших количеств сильных кислот или сильных оснований?

При разведении константы диссоциации слабых кислот или оснований не меняются. Отношение концентраций кислоты и соли также остается постоянным. В результате рН сохраняется.

При добавлении сильной кислоты к буферу Н⁺-ионы реагируют с солевой компонентой и превращаются в недиссоциированную форму. Концентрация Н⁺ ионов уменьшается, концентрация слабой кислоты увеличивается, степень диссоциации уменьшается, а рН раствора практически не меняется.

При добавлении сильной щелочи ОН^-–ионы реагируют с кислотой. Сильное основание заменяется на эквивалентное количество слабого электролита воды. Причины неизменения рН заключаются в превращении сильного основания в слабый электролит.

7.11. Буферная емкость

Буферной емкостью называется количество моль-эквивалентов сильной кислоты или сильного основания, которые можно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы рН изменилась на одну единицу.

Буферная система крови. В норме рН крови находится в пределах 7,4 + 0,04. Хотя какой-то вклад в буферные свойства вносит гемоглобин и другие белки, а также фосфаты, все же главным компонентом буферной системы крови служит пара бикарбонат натрия/угольная кислота.

реакций.

Лекция 11. Электродные и безэлектродные электрохимические системы

11.1. Правила записи эдс и электродных потенциалов электрохимических систем

В соответствии с международным соглашением о знаках электродвижущих сил и электродных потенциалов любую электрохимическую систему записывают так: сначала записывается символ металла электрода, затем раствор, который находится с ним в контакте, далее раствор, который находится в контакте с другим электродом, а затем символ металла второго электрода. Символ металла электрода отделяют от символа раствора одной вертикальной чертой, а название растворов отделяют двумя вертикальными чертами, если полностью устранен диффузионный потенциал между ними, или одной пунктирной чертой, если диффузионный потенциал не устранен. В обозначении электрохимической системы слева записывают отрицательный электрод, справа – положительный электрод.

Например, медно-цинковый элемент:

(–) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+) – при отсутствии диффузионного потенциала

и (–) Zn | ZnSO₄ || CuSO₄ | Cu (+) – если диффузионный потенциал не устранен.

Величина ЭДС элемента всегда положительна. Поэтому при вычислении ЭДС из величины потенциала правого электрода вычитают величину левого электрода:

. (11.1)

Если известна концентрация раствора, то она указывается:

Ag | AgNO₃ || AgNO₃ | Ag .

C₁ С₂

Если электрод или раствор содержат несколько разных веществ, то их записывают, отделяя одно вещество от другого запятыми.

Так, водородный (платиново-водородный) электрод, соединенный с полуэлементом (электродом), представляющим собой медную пластинку, погруженную в раствор серной кислоты и сульфата меди, записывают так:

(-) H₂, Pt | H₂SO₄ ¦ CuSO₄, H₂SO₄ | Cu (+).

Можно не указывать все соединения, находящиеся в растворе, а только ионы, которые определяют величину потенциала электрода (потенциал-опре­де­ля­ющие ионы).

Так, медно-цинковый элемент можно обозначить:

(-) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+) .

Величина электродного потенциала в соответствии с международным соглашением определяется как ЭДС электрохимической системы, в которой справа расположен данный электрод, а слева – стандартный водородный электрод, потенциал которого условно принят равным нулю.

Диффузионный потенциал при этом считается устраненным.

Отдельные электроды (полуэлементы) записывают так, чтобы вещества (ионы), которые находятся в растворе, были помещены слева:

Zn²⁺ | Zn; Cl^- | Cl₂, Pt; Cl^- | AgCl, Ag.

Электродные реакции записывают так, чтобы окисленные компоненты были слева, например:

Zn²⁺ + 2e^-  Zn; 1/2Cl₂+e^-  Cl^-; Fe³⁺+e^-  Fe²⁺ .