Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику дисперсных систем.

2. Чем отличаются коллоидные растворы от истинных?

3. Какие существуют основные способы получения коллоидных растворов? В чем сущность каждого из них?

4. Какие существуют способы очистки коллоидных растворов?

5. В чем сущность получения золей методом пептизации?

6. Что такое стабилизаторы и какая их роль при получении золей?

7. Привести общие и отличительные черты суспензий и эмульсий. Примеры этих систем. Вещества, стабилизирующие их устойчивость.

8. Что представляет собой мицелла? Представить химическую формулу мицеллы хлорида серебра, стабилизированной хлоридом натрия.

9. Какой слой называют адсорбционным и какой диффузным? Показать на примере мицеллы кремневой кислоты (ионный стабилизатор силикат натрия).

10. Чем обусловливается заряд коллоидных частиц? Как определяют знак заряда?

11. Сущность коагуляции. Факторы, приводящие к коагуляции коллоидных растворов.

12. Чем отличаются лиофильные коллоиды от лиофобных.

Лабораторная работа № 5 Тема:«Буферные системы».

1.1. Теоретическая часть.

Нормальное протекание всех физиологических процессов, происходящих в живых организмах, возможно только при определенных значениях кислотности среды (рН растворов). Отклонение значения рН в сторону уменьшения или повышения вызывает нарушение физиологических процессов или даже их полное прекращение. Так, например, рН крови человека 7,36 (слабощелочная реакция). Изменение ее приводит к гибели организма. В кровь в процессе жизнедеятельности организма поступают кислые продукты обмена веществ, например СО₂. Однако, несмотря на это, рН крови постоянна. Это объясняется тем, что как в крови, так и в других тканях живого организма, имеются системы, обеспечивающие постоянство концентрации ионов водорода. Такие системы, которые способствуют сохранению рН в определенных пределах при добавлении кислот или щелочей или при разбавлении, называются буферными растворами.

Так, для поддержания постоянной кислотности крови (рН = 7,4) служат белковые, фосфатные и бикарбонатные буферные системы. В растительных жидкостях постоянство реакции среды обеспечивается наличием виннокислой (тартратной), яблочнокислой, щавелевокислой (оксалатной), лимоннокислой (цитратной) буферных систем.

Буферным действием обладает всякий раствор, компоненты которого образуют кислотно-основную пару.

Таблица 1.

Название	Состав	Константа диссоциации при 250С	рК =-lgК	Область буферирования рН
1. Глициновая	Глицин (NH2CH2COOH) и соляная кислота	4,47*10-3	2,35	1,1 – 3,4
2. Цитратная	Лимонная кислота (Н3С3Н5О7) и цитрат натрия(Na2НС6Н5О7)	7,4 *10-4	3,13	2,1 – 4,1
3. Ацетатная	Уксусная кислота (СН3СООН) и ацетат натрия (СН3СООNa)	1,74 * 10-5	4,76	3,8 – 5,8
4.Бикарбонатная	Угольная кислота (Н2СО3) и гидрокарбонат натрия (NaНСО3)	4,5 * 10-7	6,35	5,3 – 8,3
5. Фосфатная	Дигидрофосфат натрия (NaН2РО4) и гидрофосфат натрия (Na2НРО4)	6,2 * 10-8	7,21	6,2 – 8,0
6. Аммонийная	Гидроксид аммония (NН4ОН) и хлорид аммония (NН4Cl)	1,76 * 10-5	4,76	8,3 – 10,3

В таблице 1 приведены составы некоторых буферных систем. С позиции теории электролитической диссоциации один компонент буферной системы является слабой кислотой или слабым основанием, а другой компонент – сильным электролитом. Поэтому важной характеристикой буферной системы является константа диссоциации слабого электролита К и величина рК, равная логарифму константы, взятой с обратным знаком.

рК = - lgК (1)

Значение рН, которые может поддерживать неизменным буферная система, зависит от соотношения компонентов системы.

Обычно область действия (буферированная) буферной системы при соотношении компонентов 1:10 находится в пределах:

рН рК ± 1,0 (для кислых буферных систем) (2)

рН 14 – (рК ± 1,0) (для основных буферных систем)(3)

Буферная система поддерживает рН в заданном пределе только при условии, что количество прибавляемых к раствору сильной кислоты или сильного основания не превышает определенной величины. Предел, в котором проявляется буферное действие, называется буферной емкостью. Численное значение буферной емкости (В) определяется числом эквивалентов сильной кислоты или основания, которое необходимо добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить значение рН на единицу. Буферную емкость рассчитывают по уравнению

B = =,

(экв/л),

где,

С_н и V – нормальность и объем кислоты или щелочи, л;

V_Буф – объем буферного раствора, взятого для титрования, л;

рН₂ – исходное значение, рН₁ – после добавления кислоты или щелочи.

pH₁ – рН₂ = 1 – изменение рН буферного раствора на единицу при титровании.

Окончательно уравнение для расчета буферной емкости можно записать

В =(экв/л)

Буферная емкость зависит от концентрации компонентов буферного раствора и от отношения между этими компонентами. С увеличением концентраций компонентов буферного раствора буферная емкость возрастает. Буферная емкость тем выше, чем больше концентрация компонентов и чем меньше эти концентрации различаются между собой.

Так, например, кислые почвы обладают достаточно высокой буферной емкостью по отношению к щелочам и, наоборот, низкой буферной емкостью по отношению к кислотам

Максимальное буферное действие проявляется в случае, если компоненты присутствуют в растворе в эквивалентных количествах. В этом случае

, а рН = рК

Буферное действие практически прекращается, когда один из компонентов раствора израсходуется примерно на 90%. Разбавление раствора не влияет заметно на изменение рН, но сильно влияет на буферную емкость.

Механизм действия буферных растворов можно рассмотреть на примере ацетатного буфера.

СН₃СООН↔СНзСОО^- + Н⁺ (диссоциация незначительная);

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺ (диссоциация полная).

При добавлении к буферу соляной кислоты, происходит взаимодействие ионов Н⁺ с ацетат-анионом второго компонента буфера с образованием слабой кислоты

CH₃COO^- + Na⁺ + H⁺ + Cl^- ↔Na⁺ + Cl^- + CH₃COOH

В результате сильная кислота НСl заменится эквивалентным количеством слабой СН₃СООН и концентрация ионов водорода увеличится в пределах буферной емкости незначительно.

При добавлении к буферу щелочи в реакцию вступит первый компонент системы СН₃СООН

CH₃COOH + Na ⁺ + OH^- ↔ СН₃СОО^- + Na⁺ + H₂O

В результате щелочь заменится эквивалентным количеством соли CH₃COONa в меньшей степени, чем NaOH, влияющей на повышение рН.

Рассмотрим, что определяет рН, например, ацетатного буферного раствора:

СН₃СООН ↔ СН₃СОО^- + Н⁺;

CH₃COONa ↔ CH₃COO^- + Na⁺

Из приведенных уравнений видно, что концентрация Н⁺ будет полностью зависеть от степени диссоциации уксусной кислоты. Константа диссоциации СН₃СООН выразится так:

K_{K =} , (1)

откуда

[H⁺] = K_K, (2)

Слабая диссоциация СН₃СООН будет еще более подавлена присутствием одноименных ионов CH₃COO^-, и практически концентрация недиссоциированных молекул СН₃СООН может быть принята равной общей концентрации кислоты. Поскольку соль CH₃COONa диссоциирует полностью, концентрация ионов СН₃СОО^- соответствует общей концентрации молекул соли в буфере. Поэтому уравнение можно представить так:

[H⁺] = K_K или С_H+ = K_K,

C_H+ = K_K (3)

Прологарифмировав уравнение (3), получим

pH = – lg C_H+ = – lg K_K – lg (4)

pH = pK_K - lg (5)

где рК_K – показатель константы диссоциации кислоты. Из приведенных уравнений видно, что рН буферных растворов зависит от констант диссоциации кислоты или основания и от соотношения компонентов С_К/С_С или С₀/С_С буферных систем.

Таблица 2.