Особенности равновесий в буферных растворах и механизм буферного действия.

Все дальнейшее обсуждение свойств буферных растворов и расчёты будут проведены на примере гидрофосфатного буферного раствора:

Na₂HPO₄ (осн), NaH₂PO₄ (к)

Соль NaH₂PO₄ (к), выполняющая роль кислоты, диссоциирует в буферном растворе на ионы:

		α=1
	NaH2PO4		Na+	+	H2PO4-
	ск				ск
		α0
	H2PO4		H+	+	HPO42-
равновесные концентрации ионов	ск
	ск(1-α)				α ск

где с_k – концентрация дигидрофосфата натрия (к) в буферном растворе, а a – степень диссоциации фосфорной кислоты по второй ступени.

Соль Na₂HPO₄ (осн), выполняющая роль сопряжённого основания, диссоциирует в буферном растворе на ионы и частично гидролизуется по аниону:

				α=1
	Na2HPO4				Na+	+	H2PO4-
	cо						cо
				h0
	HPO42-	+	H2O		H2PO4-	+	OH-
равновесные концентрации ионов	cо
	cо(1-h)						h сo

где с_осн – концентрация гидрофосфата натрия в буферном растворе, а h – степень гидролиза гидрофосфат - ионов.

В буферной системе ионы H₂PO₄^-, образующиеся при диссоциации NaH₂PO₄ (к) и являющиеся донорами протонов Н⁺, подавляют гидролиз ионов HPO₄^2-, образующихся при диссоциации Na₂HPO₄ (осн) и выполняющих роль акцептора протонов, и наоборот, ионы HPO₄^2- подавляют диссоциацию ионов H₂PO₄^-. Это означает, что равновесные концентрации анионов практически совпадают с концентрацией соли в буферном растворе:

[H₂PO₄^-] = (1-a)×c_k(NaH₂PO₄)_{a » 0} » c_k (NaH₂PO₄)

[HPO₄^2-] = (1-h)× c₀(Na₂HPO₄)_{h » 0} » c₀(Na₂HPO₄).

Буферное действие фосфатного буферного раствора обеспечивается за счёт смещения равновесия, существующего между ионами H₂PO₄^- и HPO₄^2- в буферном растворе при добавлении сильной кислоты или щелочи, которое является результатом протекания реакций между компонентами буферного раствора и добавляемыми ионами водорода или гидроксила:

а) при добавлении сильной кислоты H_nX в буферный раствор поступает количество добавленных ионов водорода:

сопряжённое основание буферной системы связывает ионы Н⁺, в результате чего общее содержание сопряженной кислоты в буферном растворе растёт, а основания – уменьшается, а активная кислотность буферного раствора – рН -остаётся неизменной или незначительно уменьшается:

HPO₄^2- + H⁺_{(добавка)} ® H₂PO₄^- – ионная форма уравнения буферного действия.

	Na2HPO4		+		HCl		NaH2PO4	+	NaCl	молекулярная форма
начало	nо		>		x (доб.)		nk
окончание	nо-x			0			nk+x			количество после утилизации Н+

б) при добавлении щёлочи М(ОН)_n в буферный раствор поступает количество введенных гидроксид-ионов:

сопряженная кислота буферной системы связывает введенные ионы ОН^-, в результате чего общее содержание сопряженного основания в буферном растворе растёт, а кислоты – уменьшается, но активная кислотность буфера – рН остаётся неизменной или незначительно увеличивается :

H₂PO₄^- + OH^-_{(добавка)} ® HPO₄^2- + H₂O – ионная форма уравнения буферного действия.

	NaH2PO4		+		NaOH		Na2HPO4	+	H2O	молекулярная форма
начало	nk		>		x (доб.)		no
окончание	nk-x			0			no+x			количество после утилизации OH-

Буферное действие по отношению к кислотам и щелочам сохраняются до тех пор, пока количества компонентов буферной системы, связывающих ионы Н⁺ или ОН^-, будут больше количеств этих ионов, поступающих в буферный раствор извне.