Равновесие в буферных растворах. Сущность буферного действия. Расчет рН буферных растворов. Буферная емкость

Если к воде или водным растворам сильных кислот и оснований и многих солей добавить небольшое количество сильной кислоты или сильного основания рН раствора сильно изменится.

Если к 1 литру воды (рН=7) прибавить 0,001 моль р-ра HCl (С _HCl=10^-3 моль/л), то рН раствора станет равное 3 (рН=3).

Во многих случаях при проведении анализа необходимо поддерживать рН на определенном уровне, для этого используют буферные растворы, в которых при добавлении небольшого количества сильной кислоты или сильного основания рН изменяется не значительно.

Буферные растворы регулируют концентрацию ионов Н⁺ и ОН^- уменьшая влияние различных факторов изменения рН.

Как правило, буферные растворы состоят из слабой кислоты и ее соли (СН₃СООН+СН₃СООNa–ацетатный кислотный буферный раствор) или слабого основания и его соли (NH₃·H₂O+NH₄Cl–аммиачный (аммонийный) щелочной раствор).

Расчет рН в буферных растворах

1) для кислотного буферного р-ра

Если , тогда pH=pK

2) для щелочного буферного р-ра

Если , тогда pH=14-pK

Сущность буферного действия

При добавлении к буферному раствору небольшого количества сильной кислоты или щелочи, один из компонентов буферного раствора взаимодействует с добавленным реагентом, при этом концентрации компонентов изменяются, но их отношение, а особенно логарифм этого отношения изменяется незначительно.

Пример. Как изменяется рН ацетатного буферного раствора, содержащего по 1 моль/л каждого из компонентов:

а) при добавлении 0,1моль/л НСl;

б) при добавлении 0,1 моль/л NaOH.

Ск-ты=1моль/л, Ссоли=1 моль/л, С _NaOH=0,1 моль/л, С_HCl=0,1 моль/л, К_К=1,8*10^-5.

Рассчитаем рН исходного буферного р-ра:

рН=рК=-lg 1,8·10^-5=4,75.

CH₃COONa+HCl CH₃COOH + NaCl.

Концентрация соли уменьшается, концентрация кислоты увеличивается на столько, на сколько добавлено реагентов

.

CH₃COOH+NaOH CH₃COONa+H₂O

Буферная емкость

Способность буферного раствора поддерживать рН количественно характеризуется буферной емкостью (π).

π – это количество сильной кислоты или основания, которое следует добавить к 1 литру буферного раствора, чтобы его рН изменился на 1.

Буферная емкость зависит от качественного состава буферного раствора и от концентрации компонентов.

Чем больше концентрация, тем выше буферная емкость.

При прочих равных условиях максимальной буферной емкостью обладают растворы с одинаковой концентрацией компонентов.

;

Наиболее часто в химическом анализе применяются следующие буферные растворы (рН приведено для одинаковой концентрации компонентов):

ацетатный	СН3СООН + СН3СООNa	рН = 4,75
аммиачный	NH3·Н2О + NH4Cl	рН = 9,25
формиатный	НСООН + НСООNa	рН = 3,75
корбанатный	Na2CO3 + NaHCO3	рН = 10,32
фосфатный	Na2HPO4 + NaH2PO4	рН = 6,6

Буферными являются растворы некоторых индивидуальных солей: Na₂B₄O₇, (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂S, т.к. эти соли обладают высокой степенью гидролиза и в их растворах образуются компоненты необходимые для осуществления буферного действия.