Буферные растворы

Если к разбавленным растворам сильных кислот или щелочей добавлять воду, кислоты или щелочи, то происходит резкое изменение [Н⁺] и [ОН^-]. В смесях водных растворов слабых кислот и их солей, а также в смесях слабых гидроксидов и их солей концентрации ионов водорода и гидроксида зависят не от абсолютных количеств, а от соотношений кислоты или гидроксида и их солей. Это значит, что величина [H⁺] в таких смесях не зависит от умеренного разбавления смеси. Растворы, рН которых резко не изменяется при добавлении к ним умеренных количеств кислот, щелочей, а также при умеренном разбавлении, называются буферными растворами. Буферные растворы можно рассматривать как смеси электролитов, имеющих одноименные ионы. Такими буферными растворами являются следующие смеси

• СНзСООН + СНзСООNа - ацетатная буферная смесь;

• НСООН + НСООNа - формиатная буферная смесь;

• NH₄OH + NH₄Cl - аммиачно-аммонийная буферная смесь;

- Na₂СО₃ + NaHCO₃ - карбонатная буферная смесь;

- Nа₂НРО₄ + NaH₂PO₄ - фосфатная буферная смесь.

Буферные растворы, представляющие собой смеси слабых кислот и их солей, как правило, имеют кислую реакцию (рН < 7). Например, буферная смесь

0,1 М раствора СНзСООН +0,1 М раствора СН₃СООNа имеет рН = 4,7. Буферные растворы, представляющие собой смеси слабых гидроксидов и их солей, как правило, имеют щелочную реакцию (рН > 7). Например, буферная смесь 0,1 М раствора NH₄OH +0,1 М раствора NH₄С1 имеет рН = 9,2.

Буферное действие. Действие буферных растворов основано на том, что отдельные компоненты буферных смесей связывают ионы водорода или гидроксила при добавлении к ним кислот или щелочей с образованием слабых электролитов. Например, если к буферному раствору, содержащему слабую кислоту НАn и соль этой кислоты KtАn, прибавить щелочь, то произойдет реакция образования слабого электролита - воды

Н⁺ + ОН ↔ Н₂О.

Вместо израсходованных ионов водорода, вследствие последующей диссоциации кислоты НАn, появляются новые ионы водорода. В результате прежняя концентрация ионов Н⁺-ионов в буферном растворе восстановится до ее первоначального значения. Подобным образом можно объяснить действие других веществ на буферные смеси

Буферная емкость. Способность буферных растворов поддерживать постоянство значения рН не безгранична и зависит от качественного состава буферного раствора и концентрации его компонентов. При добавлении к буферному раствору значительных количеств сильной кислоты или щелочи наблюдается заметное изменение рН. Причем для различных буферных смесей буферное действие неодинаково, то есть буферные смеси можно различать по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и щелочей, вводимых в буферный раствор в одинаковых количествах и определенной концентрации. Предельное количество кислоты или щелочи определенной концентрации, которое можно добавить к 1 дм³ буферного раствора, чтобы значение рН его изменилось только на единицу, называют буферной емкостью.

Если величина [Н⁺] одного буферного раствора изменяется при добавлении сильной кислоты (щелочи) меньше, чем величина [Н⁺] другого буферного раствора при добавлении того же количества кислоты (щелочи), то первая смесь обладает большей буферной емкостью. Для одного и того же буферного раствора буферная емкость тем больше, чем выше концентрация его компонентов.