Вычисление рН буферного раствора

Область постоянного значения рН определяется константой диссоциации слабой кислоты или слабого основания и соотношением концентраций сопряженной пары: кислоты и основания. Выведем формулу для расчета рН на примере буферной системы, состоящей из одноосновной кислоты НАи её соли MeA. В растворе слабой кислоты существует равновесие:

НA ⇄ H ^- + А^-

Соль является сильным электролитом и диссоциирует полностью:

MeA → Me ⁺ + А^-,

Константа диссоциации кислоты НА:

,

Концентрация [А^-] в буферном растворе будет определяться концентрацией соли, т.е. [А^-] = C _А^- - так как в буферном растворе слабая кислота образует небольшое количество [А^-]. Поскольку диссоциация слабой кислоты незначительна и к тому же подавляется присутствием одноименных ионов соли, можно допустить, что концентрация недиссоциированных молекул равна общей концентрации кислоты[HA]= C _HА.

Подставляя эти обозначения в уравнение для константы диссоциации, получим:

,

откуда

Обычно его используют в логарифмическом виде:

или

По аналогии можно вывести формулу для расчёта рН буферной смеси состава MOH + MA (например, NH₄OH + NH₄Cl). В данном случае водородный показатель вычисляют по формуле:

,

рН буферных смесей зависит от отношения концентраций компонентов буферных смесей и от природы электролита. С разбавлением рН буферной смеси не меняется, так как пропорционально меняется лишь концентрация компонентов, а отношение концентраций компонентов сохраняется прежним. Если концентрации компонентов буферной системы одинаковы, то

илирН=14- рК_b

Отношение концентраций компонентов буферного раствора обычно находится в пределах от 10:1 до 1:10. В таких растворах водородный показатель будет изменяться от -1 до + 1 или от рН=14- рК_b -1 до рН=14- рК_b +1. Следовательно, область эффективного действия буферного раствора лежит в интервале значений:

рН=14-(рК_b + 1)

Для ацетатного буфера: рН=4,76 + 1. Для аммиачного буфера: рН=14-(4,76 + 1). Если изменение рН происходит более чем, на единицу, то буферный раствор теряет способность поддерживать постоянным значение рН.

Пример 1. Рассчитайте рН буферного раствора, состоящего из 0,5М NH₄OH и 0,5М NH₄Cl. Как изменится рНданного раствора при добавлении к 1 л этой смеси 0,1 М раствора NaOH и 0,1М раствора HCl? Как изменится рНданного раствора при разбавлении в 10 раз?

Решение: Воспользуемся формулой:

рН = 14-4,76+ = 9,24

При добавлении к буферному раствору 0,1М HCl концентрация

NH₄OH уменьшится на 0,1 М и станет равной 0,4 М, а концентрация NH₄Cl возрастает до 0,6 М:

рН=14-4,76+ =9,06

При добавлении же 0,1М NaOH к 1 л смеси концентрация

NH₄OH увеличится до 0,6 М, а концентрация NH₄Cl уменьшится до 0,4 М, в результате получим:

рН=14-4,76+ =9,42

Таким образом, рН буферного раствора при добавлении к нему сильных кислот и оснований изменился незначительно всего на 0,18 единиц (9,24± 0,18). Буферный раствор стойко поддерживает постоянное значение рН, не позволяя ему измениться ни под действием кислоты, ни под действием щёлочи.

При разбавлении буферного раствора водой концентрации компонентов буферного раствора уменьшаются в 10 раз.

рН = 14-4,76+ = 9,24.

рН буферных растворов при разбавлении не изменяется

Дата добавления: 2014-11-16