4. Буферное действие. -

Способность растворов противостоять изменению концентрации ионов H⁺ при добавлении кислоты или щелочи носит название буферного действия.Последнее возникает из-за равновесия между водой и растворенными в ней слабой кислотой (или основанием) и ее солью.

Например, буферное действие раствора CH₃COONa + CH₃COOH ^вин

объясняется тем, что при добавлении кислоты ноны Н⁺ связываются с ацетат-анионами с образованием слабо диссоциированной уксусной кислоты: Н₃O⁺+Ac^– ↔H₂O+HAc

При добавлении основания ионы ОН^- связываются протонами кислоты с образованием воды и ацетата натрия: ОН^- + НАс↔Н₂0 + Ас^–

Буферное действие раствора слабого основания ВОН (NH₄OH, гликоколь, веронал и др.) объясняется аналогично:

добавление кислоты — Н₃0⁺ + ВОН↔2Н₂О +B⁺

добавление основания— ОН^-+ В⁺↔ВОН.

Мерой буферного действия служит буферная емкость (Ван- Слайк, 1922), которую можно определить как производную от количества сильного основания b(г-экв), добавляемого к 1 дм³ раствора, по рН раствора:

β = db/dpH. (1)

Значение этой величины может изменяться в широких пределах по мере добавления основания к раствору. Очевидно, что она характеризует то количество основания (в экв.), которое нужно добавить к 1 дм³ раствора для изменения рН последнего на единицу, при условии, что буферное действие сохраняется постоянным.

Если же к раствору добавляется не щелочь, а некоторое количество кислоты α, то β = - dα/dpH, (2)

т.к. рН при добавлении кислоты уменьшается.

4.1.Механизм буферного действия

Механизм буферного действия можно понять на примере ацетатной буферной системы СН₃СОО^-/СН₃СООН, в основе действия которой лежит кислотно-основное равновесие:

СН₃СООН → СН₃СОО^- + Н⁺; (рКа = 4, 8) Главный источник ацетат-ионов – сильный электролит СН₃СООNa:

СН₃СООNa → СН3СОО^- + Na⁺

При добавлении сильной кислоты сопряженное основание СН₃СОО^- связывает добавочные ионы Н⁺, превращаясь в слабую уксусную кислоту:

СН₃СОО^- + Н+ → СН₃СООН

(кислотно-основное равновесие смещается влево, по Ле Шателье)

Уменьшение концентрации анионов СН₃СОО^- точно уравновешивается повышение концентрации молекул СН₃СООН. В результате происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительно изменяется рН.

При добавлении щелочи протоны уксусной кислоты (резервная кислотность) высвобождаются и нейтрализуются добавочные ионы ОН^-, связывая их в молекулы воды:

СН₃СООН + ОН^- → СН₃СОО^- + Н₂О

(кислотно-основное равновесие смещается вправо, по Ле Шателье)

В этом случае также происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительное изменение рН. Уменьшение концентрации слабой кислоты СН3СООН точно уравновешивается повышение концентрации анионов СН₃СОО^-.

Аналогичен механизм действия и других буферных систем.

Таким образом, рассмотренные системы показывают, что буферное действие раствора обусловлено смещением кислотно-основного равновесия за счет связывания добавляемых в раствор ионов Н⁺ и ОН^- в результате реакции этих ионов и компонентов буферной системы с образованием малодиссоциированных продуктов.