20.Буферные системы: определение, состав, классификация. Уравнения Гендерсона-Гассельбаха для расчета рН буферных систем.

Буферными системами (растворами) называются растворы, обладающие свойствами достаточно стойко сохранять постоянство концентрации водородных ионов как при добавлении кислот или щелочей, так и при разведении.

Компоненты Буферного раствора противодействующие изменению pH называются Б.С.

Классификация Б.С.

1. По составу

• Кислотные – состоят из слабой кислоты и её соли, образованной сильным основанием.

Ацетатная БС (CH₃COOH/CH₃COONa)

Гидрокарбонатная (H₂CO₃/NaHCO₃)

Фосфатная (NaH₂PO₄/Na₂HPO₄)

Белковая (Pt-COOH/Pt-COONa)

Гемоглобиновая

Оксигемоглобиновая

Примечание –

1. Последние 2 БС часто объединяют под названием система гемоглобин-оксигемоглобин

2. Все КБС кроме ацетатной имеются в организме человека

3. Фосфатная БС иногда выделяется в состав солевых БС.

• Основные БС – состоит из слабого основания и его соле-оксидной кислоты

Пример – аммиачная БС (NH₄OH/NH₄Cl)

• Солевые. Состоят из кислой и средней соли или двух кислых солей. Например, карбонатная буферная система (NaHCO3 + Na2CO3), фосфатная буферная система (КН2PO4 + К2НPO4).

• Амфотерная БС – БС содержащая функциональную группу основного и кислотного характера.

Пример – Аминокислотная БС

Белковая БС

2. по природным компонентам : неорганические и органические.

Уравнение Гендельсона-Гассельбаха

КБС на примере ацетатной

Состав – уксусная кислота и ацетат натрия.

Уксусная кислота – слабый электролит, поэтому частично и обратимо диссоциирует.

CH₃COOH = CH₃COO^- + H⁺ (1)

На основании ЗДМ можно записат

К_К= (2)

K_K – константа кислотности CH₃COOh

[H⁺] =K_K

Это уравнении только для раствора уксусной кислоты, если к раствору уксусной кислоты добавить ацетат натрия, то образуется ацетатная БС.

С учётом необратимости процесса

CH₃COONa = CH₃COO^- +Na⁺

Получим:

[H⁺] =K_K

Это уравнение можно применить к любой КБС.

Прологарифмировав это уравнение и умножив на -1

-lg[H⁺] = -lg K_k - lg

т.к. -lg[H⁺] = pH и принимая, что -lg K_k= рК_К(показатель константы кислотности).

Получим итоговое уравнение:

pH = рК_К- lg = рК_К+ lg

ОБС на примере аммиачной БС.

Состав - NH₄OH/NH₄Cl

1. NH₄OH = NH₄⁺ + OH^-

2. NH₄Cl = NH₄⁺ + Cl^-

Образующиеся ионы NH₄⁺ подавляют диссоциацию NH₄OH в соответствии с принципом Ле-Шателье

После преобразования аналогичных для ацетатной БС получим.

pОH = рК_О- lg = рК_О+ lg

рК_О – показатель константы основности

рК_О= К_{и(ионизации)}+К_{Д(диссоциации)}=К_{равновесия}

pH+ pОH =14

pH= 14-pОH

pH= 14 – (рК_О- lg

pH= 14 – рК_О+ lg

Вывод: pH БС зависит от:

а) природы слабого электролита (К_О, К_К), являющегося компонентом БР.

б) отношения концентрации компонентов БС.

21.Механизм действия бс при добавлении кислоты и щелочи (на примере ацетатной, аммиачной и белковой бс), разбавлении водой.

1.КБС.

• При добавлении сильной кислоты в реакцию вступает солевой компонент и наоборот.

Пр.: ацетатная БС.

CH3COONa + HCl= CH3COOH + NaCl

CН3COO^- + H⁺= CH3COOH

При добавлении сильной кислоты образуется эквивалентное кол-во слабой уксусной кислоты, являющейся компонентом БС. Увеличение концентрации CH3COOH, в соответствии с законом разведения Освальда, приводит к уменьшению степени ее диссоциации. В результате этого концентрация Н увеличивается незначительно и рН практически не меняется.

• При добавлении щелочи.

CH3COOH + NaOH= CH3COONa + H2O

CH3COOH + OH^- =CH3COO ^- + H2O

Гидроксид-ионы, влияющие на реакцию среды, превращаются в эквивалентное количество воды, являющейся слабым электролитом. Уменьшение концентрации CH3COOH увеличивает ее степень диссоциации, следовательно, увеличения рН из-за расходования уксусной кислоты не происходит.

2.ОБС.

• При добавлении сильной кислоты в реакцию вступает основный компонент, а при добавлении щелочи- солевой.

Пр.: аммиачная БС.

NH4ОН + HCl= NH4Cl + H2O

NH4OH + H⁺=NH4⁺ + H2O

Механизм действия ОБС при добавлении сильной кислоты аналогичен мех-му действия КБС при взаимодействии со щелочью

• При добавлении щелочи.

NH4Cl + NaOH= NH4ОН+ NaCl

NH4⁺+ ОН ^- = NH4ОН

Механизм действия ОБС при добавлении щелочи аналогичен мех-му действия КБС при добавлении сильной кислоты.