2 Буферные системы. Их типы. Механизм действия буферных систем.

Буферная система – это равновесная система, способная поддерживать примерно на постоянном уровне какой-либо параметр при незначительных внешних воздействиях. Протолитические буферные системы поддерживают постоянство рН при добавлении небольших количеств кислот и оснований. Раствор, содержащий одну или несколько буферных систем, называется буферным раствором. Буферные системы и буферные растворы часто называют просто буферами.

Буферный раствор – это раствор, содержащий протолитическую равновесную систему, способную поддерживать практически постоянное значение рН при разбавлении или при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи.

В протолитических буферных системах компонентами являются донор протона и акцептор протона, представляющие собой сопряженную кислотно-основную пару.

 

Классификация

Буферные системы могут быть четырех типов:

I тип. Кислотная буферная система: слабая кислота и её анион; в растворе слабая кислота и её соль.

Примеры:

ацетатный буфер:

CН₃СООН /СН₃СОО^–, в растворе CН₃СООН и CН₃СООNa

гидрокарбонатный буфер:

Н₂СО₃ /НСО₃^–, в растворе Н₂СО₃ и NaHCO₃

II тип. Основная буферная система: слабое основание и её катион; в растворе слабое основание и её соль.

Примеры:

аммиачный буфер:

NН₃ /NН₄⁺, в растворе NН₃ и NН₄Сl

III тип. Солевая буферная система: анионы кислой и средней соли или анионы двух кислых солей; в растворе кислая и средняя соль или две кислые соли с различной степенью замещения протона.

Примеры:

гидрофосфатный буфер:

Н₂РО₄^–/НРО₄^2–, в растворе NaН₂РО₄ и Na₂НРО₄

карбонатный буфер:

НСО₃^–/СО₃^2–, в растворе NaНСО₃ и Na₂CO₃

Солевые буферные системы можно отнести и к первому типу, т.к. одна из солей выполняет функцию слабой кислоты.

IV тип. Амфотерная органическая буферная система: ионы и молекулы амфолитов.

 Примеры:

аминокислотный буфер:

 

белковый (протеиновый) буфер: анионный – HProt / (Prot)^–

катионный – (Н₂Prot)⁺ / HProt

Эти буферные системы можно отнести к буферным системам первого и второго типов.

Сущность буферного действия смеси слабой кислоты с ее солью можно рассмотреть на примере ацетатного буферного раствора. При добавлении к нему сильной кислоты (например, HCl) происходит реакция:

 

CH3COONa + HCl = NaCl + CH3COOH

–молекулярное уравнение

 

CH3COO– + Na+ + H+ + Cl– = Na+ + Cl– + CH3COOH

– полное ионное уравнение

 

H+ + CH3COO– = CH3COOH

– сокращенное ионное уравнение

 

В результате этого воздействия сильная кислота замещается на эквивалентное количество плохо диссоциированной слабой кислоты буферной системы, поэтому концентрация ионов Н⁺ (активная кислотность) в растворе существенно не изменяется.

Пока солевая компонента буферной системы не расходуется в данной реакции, раствор в той или иной степени будет сохранять свое буферное действие.

При добавлении к буферной смеси сильного основания (например, NaOH) происходит реакция:

 

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

–молекулярное уравнение

 

CH3COOH + Na+ + OH– = CH3COO– + Na+ + H2O

– полное ионное уравнение

 

CH3COOН+ OH– = CH3COO– + H2O

– сокращенное ионное уравнение