Буферные растворы

Растворы с любым значением рН легко приготовить. Но сохранить рН постоянным не всегда удается, рН раствора может измениться, если имеет место выщелачивание составных частей стеклянной посуды; поглощение раствором CO₂ из воздуха; в ходе реакции образуется кислота, которая понижает кислотность. В некоторых случаях нужно поддерживать постоянное значение рН, чтобы оно практически не изменялось в ходе выполнения анализа. Для этой цели используют буферные смеси или буферные растворы.

Буферные смеси - это растворы, рН которых мало изменяется от прибавления небольших количеств сильной кислоты или щелочи и почти не зависит от разбавления.

Буферные смеси регулируют концентрацию ионов водорода H⁺ в растворе, уменьшая влияние всевозможных факторов, изменяющих рН. Способность буферных смесей поддерживать практически постоянный рН основана на том, что отдельные компоненты их связывают ионы H⁺ или OH^- кислот или оснований, вводимых в раствор. Эта способность имеет предел, который зависит от концентраций компонентов буферной смеси. Любая буферная смесь практически сохраняет постоянство рН лишь до прибавления некоторого определенного количества кислоты или щелочи, т.е. обладает определенной буферной емкостью. Буферная емкость раствора тем больше, чем выше концентрации компонентов буферной смеси. 1 М буферные смеси поддерживают постоянство рН лучше, чем 0,1 М.

Буферные смеси могут быть : слабая кислота и ее соль, слабое основание и его соль, кислая и средняя соль; две кислые соли.

Вычисление рН буферных растворов

Аммонийная буферная смесь ( NH₄OH и NH₄Cl )

NH₄OH NH₄⁺ + OH^- NH₄Cl NH₄⁺ + Cl^-

Слабое основание Соль слабого основания

Диссоциирует мало диссоциирует полностью

Запишем выражение константы диссоциации слабого основания :

K (NH₄OH) =

Обозначим : [NH₄⁺] = C(соли) ; [ NH₄OH] = C (осн.). Подставим обозначения в выражение константы диссоциации и выведем формулу для [OH^-] :

[ OH^- ] = K (NH₄OH) x C (осн.) / C (соли)

Ацетатная буферная смесь ( CH₃COOH и CH₃COONa )

CH₃COOH CH₃COO^- + H⁺ CH₃COONa CH₃COO^- + Na⁺

Слабая кислота Соль слабой кислоты

диссоциирует мало диссоциирует полностью

Запишем выражение константы диссоциации слабой кислоты:

K ( CH₃COOH ) =

Обозначим: [CH₃COO^- ] = C (соли) ; [CH₃COOH ] = C ( к-ты ). Подставим обозначения в выражение константы равновесия и перепишем это выражение относительно концентрации ионов водорода:

[ H ⁺ ] = K (к-ты ) x C ( к-ты ) / C (соли)

Раствор разбавили, концентрации кислоты и соли уменьшаются в одинаковой степени и их отношение останется тем же, следовательно рН не изменится. При точных вычислениях концентраций ионов водорода или гидроксида в буферных смесях следует учитывать ионную силу раствора и коэффициент активности для вычисления a (H⁺) и a (OH ^-).