Vсоли * Ncоли

рН = рК_кисл + lg -----------------

Vкисл * Nкисл

V - объём компонента буфера ; N – его нормальная концентрация

V_{соли *} N_cоли

рОН = рК_осн + lg -----------------; рН= 14 - рОН

V_{осн *} N_осн

3.2. Механизмы действия буферных систем

1. Из анализа уравнения Гендерсона-Хассельбаха ясно, что рН буферной системы не зависит от разбавления ее водой, т.к. 1-е слагаемое в уравнении (рК_кис или рК_осн ) - это величина постоянная. 2-е слагаемое - отношение концентраций компонен­тов буфера - также постоянно, т.к. при разбавлении раствора, концентрации компонентов из­меняются одинаково.

2. Почему рН буферной системы не изменяется при добавлении определённых коли­честв сильных кислот и оснований? Ответ на этот вопрос будет найден, если понять как работает буферная система.

Раз­берём на примере ацетатного буфера. Если в буферную систему добавляется силь­ная кислота:

СН₃СООН СН₃СООН

^{Слабая кислота} => ^слабая

СН₃СОО‾ + Н⁺ СН₃СООН

^{основание сильная кислота слабая}

CH₃COONa + НС1 => СН₃СООН + NaCl

Сильная кислота реагирует с основанием, при этом образуется слабая кислота - идёт реакция нейтрализации, при этом рН не изменяется.

При введении щёлочи:

СН₃СООН + ОН ^- => СН₃СОО ^- + Н₂О

СН₃СОО ^- СН₃СОО ^-

И опять рН не изменяется, т.к. сильное основание израсходовалось на реакцию нейтра­лизации, а получилось столько же эквивалентов слабого основания.

СН₃СООН + NaOH => CH₃COONa + H₂О

Основная буферная система:

NH₄OH + H⁺ NH₄⁺ + H₂O

^{Слабое основание сильная кислота} => ^слабая

NH₄⁺ NH₄⁺

^{слабая кислота слабая}

NH₄OH NH₄ OH

^{Слабое основание} => ^слабое

NH₄⁺ + ОН^- NH₄ОН

^{слабая кислота щелочь слабое}

В обоих случаях рН не изменилось, т.к. сильный электролит израсходовался на реак­цию нейтрализации.

Амфолитные (белковые) буферные системы:

(СОО^-)_n + _nН⁺ (СООН)_n

^{Функция основания сильная кислота}

R => R

(NH₃⁺)_m (NH₃⁺)_m

^{Функция кислоты}

(СОО^-)_n (СОО^-)_n

^{Функция основания}

R => R

(NH₃⁺)_m + _mОН^- (NH₂)_m + _mН₂О

^{Функция кислоты щелочь Функция слабого основания}

Вводимое сильное основание (щелочь) заменилось эквивалентным количеством слабого основания, поэто­му рН не изменилось.

Любая буферная система может поддерживать рН только в строго определённых пределах. Эта спо­собность называется буферной ёмкостью.

Буферная ёмкость - В - измеряется числом эк­вивалентов сильной кислоты или сильного основания, которое необходимо добавить к 1л буферного раствора, чтобы изменить его рН на 1.

Различают буферную ёмкость по кислоте и по щёлочи.

N_{кисл *} V_кисл / V_{буф. р-ра} N_{щел *} V_щел / V_{буф. р-ра}

В _кисл= -------------------------- В _щел = -----------------------

ΔpH ΔpH

Буферная ёмкость определяется опытным путём - путём титрования определённого объёма буферного раствора кислотой или щёлочью в присутствии какого-либо индикатора.

ΔрН = рН _нач – рН _кон

рН _{нач =} рН буферной системы, определенная по уравнению Гендерсона-Хассельбаха

рН _{кон =} рК _{индикатора} (см. таблицу «Свойства индикаторов»)

Буферная ёмкость зависит:

1. от концентраций компонентов прямо пропорционально: чем выше концентрации компонентов, тем выше буферная емкость раствора.

2. от соотношений концентраций компонентов; буферная ёмкость максимальна при их равных концентрациях.