7.8.5. Буферные растворы

Растворы, рН которых относительно мало изменяется при добавлении небольших количеств кислоты или основания, называются буферными. Они обычно содержат слабую кислоту и ее соль с сильным основанием, например, СН₃СООН + СН₃СООK или слабое основание и его соль с сильной кислотой, например, NH₄OH + NH₄Cl.

При добавлении в первую систему (ацетатный буфер) раствора сильной кислоты ионы водорода связываются ацетат-ионами соли в слабую уксусную кислоту, и поэтому не вызывают подкисления раствора. При добавлении в ацетатный буфер раствора щелочи гидроксид-ионы связывается в воду (слабый электролит) при взаимодействии с уксусной кислотой.

Образование слабых электролитов при добавлении в буферный раствор кислоты или основания и обусловливает устойчивость рН в буферных растворах.

Кровь и тканевая жидкость живых организмов обладают буферными свойствами благодаря электролитам в их составе. Это имеет огромное значение для поддержания постоянства внутренней среды – гомеостаза. Почвенные растворы также обладают буферностью, что обусловлено содержанием в них гидрокарбонатов, фосфатов и др.

7.8.6. Гидролиз солей

Гидролиз - обменное разложение некоторых солей водой, в результате которого образуются слабые электролиты. При этом в растворе появляется некоторое избыточное количество ионов Н⁺ или ОН^–, которые сообщают раствору кислотные или щелочные свойства. Таким образом, процесс гидролиза солей во многом обратен процессу нейтрализации.

Гидролизу не подвергаются соли, образованные сильными кислотой и основанием, например, KCl.

Гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, например, CH₃COONa в ионной форме можно представить уравнением:

CH₃COO^– +H₂O  CH₃OOH + OH^–.

В результате реакции образуется слабый электролит – уксусная кислота и ионы ОН^–, которые подщелачивают среду. В соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие такой реакции можно смещать, подавляя гидролиз или увеличивая его степень. Повышением температуры, равновесие смещается вправо, поскольку гидролиз – реакция эндотермическая. Увеличением концентрации кислоты равновесие смещается влево, а разбавлением (добавлением воды) – вправо.

Как любую обратимую реакцию, гидролиз соли можно характеризовать константой равновесия:

Концентрация воды в растворе практически постоянна, поэтому она входит в константу, в результате получаем выражение константы равновесия, которая называется константой гидролиза (К_г):

(7.22)

Константа гидролиза характеризует способность соли подвергаться гидролизу, чем константа больше, тем в большей степени протекает гидролиз. Константа гидролиза связана с константой диссоциации слабой кислоты (K_кисл) зависимостью:

(7.23)

Из уравнения следует, что чем слабее кислота, т.е. чем меньше ее константа диссоциации, тем больше константа гидролиза.

Ели слабая кислота является многоосновной, то в результате гидролиза образуются кислые ионы (HSO₃^–, HPO₄^2–, H₂PO₄^–, HCO₃^–), которые являются более слабыми электролитами, чем сама кислота:

CO₃^2– + HOH  HCO₃^– + OH^–.

Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой ведет к образованию слабого основания и ионов водорода:

NH₄⁺ +H₂O  NH₄OH + H⁺.

Если основание многокислотное, то в результате реакции образуются ионы слабого основания (CuOH⁺, FeOH²⁺, Fe(OH)₂⁺, ZnOH⁺), которые являются более слабыми электролитами, чем само основание, и ионы водорода, подкисляющие раствор:

Cu²⁺ + HOH  CuOH⁺ + H⁺.

Константу гидролиза такой соли можно рассчитать по уранению аналогичному уравнению 7.25, используя вместо константы диссоциации кислоты (K_кисл) константу диссоциации слабого основания (K_основ).

При гидролизе солей, образованных слабым основанием и слабой кислотой образуются ионы водорода и гидроксид-ионы. Концентрация этих ионов зависит от констант диссоциации соответствующей кислоты и основания. Соотношение концентраций этих ионов определяет, будет ли среда кислой или щелочной.

NH₄F +H₂O  NH₄OH + HF

NH₄⁺ + H₂O  NH₄OH + H⁺

F^– + H₂O  HF + OH^–.

В ряде случаев соли, образованные слабыми кислотами и основаниями, не существуют в растворах, поскольку разлагаются водой в результате полного гидролиза.