Применение буферных растворов

Буферные системы широко используются в аналитике для проведения реакций окисления-восстановления, осаждения сульфидов, гидроокисей, карбонатов, хроматов, фосфатов и т.д., например:

1. Ацетатный буфер (pH≈5) применяют для осаждения осадков, не осаждаемых в кислых или щелочных растворах.

1.1. Ионы Ba²⁺ образуют с хромат ионами в присутствии Sr²⁺ и Ca²⁺ осадок BaCrO₄ при этом ионы Sr²⁺ и Ca²⁺ остаются в растворе.

1.2. Для селективного окисления I^– в присутствии Br^– и Cl^–

2. Формиатный буфер (HCOOH+HCOONa, pH ≈ 2) применяют при отделении ионов цинка, осаждаемых в виде ZnS в присутствии ионов Co²⁺, Mn²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Al³⁺, Cr³⁺.

3. Аммиачно-аммонийный буфер (pH ≈ 9) используют при осаждении сульфидов Ni²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺ и т.д.

Способы выражения составов многокомпонентных систем (смесей)

1. Мольная доля x_i (процент): отношение числа молей i^-ого компонента n_i к общему числу молей системы ∑n_i

; .

Число молей определяется массой m_i и молярной массой M_i i^-ого компонента

,

где ν_i – число атомов с массой A_i в молекуле i^-ого компонента.

2. Массовая доля ω_i (процент): отношение массы i^-ого компонента m_i к массе системы в целом ∑m_i

.

3. Объемная доля φ_i (процент): отношение объема i^-ого компонента V_i к объему системы в целом ∑V_i

.

4. Молярность раствора c_i: число молей i^-ого компонента n_i в литре раствора

(V_р-ра(л) – объем раствора в литрах)

.

5. Моляльность раствора m_i: число молей i^-ого компонента n_i на килограмм растворителя (G_{р-ля(кг)} – масса растворителя в килограммах)

6. Нормальность раствора N_i: число молей эквивалентов i^-ого компонента n_эi в литре раствора (V_р-ра(л) – объем раствора в литрах)

Число молей эквивалентов n_эi определяется массой m_i и массой моля эквивалентов Э_i i^-ого компонента

.

f_i – фактор эквивалентности (≤ 1) равен для:

- кислот и оснований ; ; ;

- солей ; ;

- окислителей и восстановителей ; .

7. Титр раствора Т_i: масса растворенного i^-ого вещества в граммах m_i в миллилитре раствора (V_{р-ра(мл)} – объем раствора в миллилитрах):

.

8. Титр i^-ого титранта по k^-ому определяемому веществу : масса определяемого вещества в граммах, эквивалентная массе, содержащейся в одном миллилитре титранта:

. .

Гетерогенное равновесие

Растворимость. Произведение растворимости

Равновесие в системе, состоящей из двух и более фаз, называется гетерогенным. Если одной фазой системы является твердое малорастворимое вещество, например, соль C_nA_m, а другой фазой – насыщенный жидкий водный раствор ее, то в системе устанавливается равновесие:

С_nA_m(тв) ↔ nC^m+_(р-р) + mAⁿ⁻_(р-р) ,

где n – число катионов C^m+ с зарядом m+; m – число анионов Aⁿ⁻ с зарядом n−.

Для этого процесса константа химического равновесия имеет выражение:

,

где a− активности катиона (+) и аниона (−) в растворе и твердой соли. Так как активность индивидуального твердого вещества равна единице (или постоянна при T=const), то ее можно объединить с K_e, а новую постоянную называют произведением активностей или произведением растворимости SP:

.

SP зависит от природы вещества и температуры, но не зависит от активности ионов этого вещества.

Связь растворимости S с произведением растворимости SP

Растворимостью называют явление, способность, образование относительно однородной смеси двух и более компонентов. Под растворимостью также понимают концентрацию насыщенного раствора. До сих пор используются Таблицы растворимости, в которых вещества условно разделены на растворимые (растворимость > 10 г/л обозначена буквой Р), малорастворимые (растворимость 0,01÷10 г/л обозначена буквой М) и нерастворимые (растворимость< 0,01 г/л обозначена буквой Н). Очевидно, что это более, чем формально, так как во многих случаях аналитики имеют дело с растворами, содержащими много меньше 00,1 г изучаемого объекта в литре.

Предполагаем, что ионизация (диссоциация) полная, тогда растворимость как концентрация насыщенного раствора S определяет концентрацию и активности ионов в нем. Представим активность в виде произведения концентрации ионов с на коэффициент активности γ и учтем, что концентрации катионов и анионов в n и m раз больше растворимости S

В формулу введен среднеионный коэффициент активности в виде:

.

Именно γ_±, а не коэффициенты активности отдельных ионов можно определить экспериментально или рассчитать.