Буферна дія. Буферна ємність

Буферними системами називають розчини, які здатні зберігати постійну концентрацію іонів Гідрогену, тобто значення рН середовища, при добавлянні до них невеликих кількостей кислоти чи лугу або при розбавлянні їх.

Типи буферних систем

До буферних систем належать суміші, що містять:

• Слабку кислоту і сіль цієї кислоти, утворену сильною основою, наприклад СН₃СООН + СН₃СООNa (ацетатний буфер);

• Слабку основу і сіль цієї основи, утворену сильною кислотою, наприклад NH₄OH + NH₄Cl (аміачний буфер);

• Солі багатоосновних кислот, наприклад NaH₂PO₄ + Na₂HPO₄ (фосфатний буфер); Na₂CO₃ + NaHCO₃(карбонатний буфер);

• Сильну або слабку кислоту (кислотний компонент) і гліцин або луг (основний компонент), наприклад HCl +NH₂CH₂COOH (діапазон рН 1,0-3,7), NH₂CH₂COOH + NаOH (діапазон рН 2,2 – 6,5).

Механізм буферної дії ацетатного буферного розчину на основі теорії електролітичної дисоціації. За рахунок часткової дисоціації кислоти та повної дисоціації солі в розчині будуть знаходитись одночасно іони СН₃СОО^-, Н⁺, Na⁺:

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺

CH₃COOH →CH₃COO^- + H⁺

Якщо до нього добавити сильної кислоти, то іони Гідрогену реагуватимуть з аніонами солі, утворюючи слабку ацетатну кислоту:

CH₃COO^- + H⁺ → CH₃COOH (рКа = 4,75)

Сильна кислота заміняється еквівалентною кількістю слабкої кислоти і рівновага зміщується вліво. При добавлянні лугу до буферного розчину гідроксид-іони взаємодіятимуть з іонами Н+ ацетатної кислоти з утворенням молекул води:

CH₃COOH + ОН^- →CH₃COO^- + H₂О

Вплив розведення на рН буферних систем.

Буферні розчини часто доводиться розбавляти водою, особливо у біохімічних дослідженнях при вимірюванні рН малих об'ємів біорідин, зокрема крові.

З рівняння [H+] =Ka*Скислоти/Ссолі =Ка*0,1/0,1 =Ка*0,01/0,01 видно, що при розбавлянні розчину концентрації обох компонентів зменшуються однаковою мірою, тому їх співвідношення залишається сталим.

Проте незначні зміни рН середовища все-таки відбуваються, що пояснюють впливом розбавляння на ступінь дисоціації слабкої кислоти та на ступінь гідролізу.

Отже здатність буферних розчинів зберігати сталим значення рН при розбавлянні або при додаванні кислот є обмеженим.

Ацетатний буфер (діапазон рН 3,75 – 5,6)

Наприклад, концентрація кислоти та солі однакова.

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺

CH₃COOH →CH₃COO^- + H⁺

Ka=[CH₃COO^-] [H⁺]/[CH₃COOH]

звідси [H⁺]=Ka[CH₃COOH]/[CH₃COO^-],

тобто [H⁺]=Ka Скислоти/Ссолі,

тоді рН=рКа - lg Скислоти/Ссолі - Рівняння Гендерсона-Гассельбаха

Рівняння Гендерсона-Гассельбаха дозволяє сформулювати ряд важливих висновків:
1. рН буферних розчинів залежить від негативної дії логарифма константи дисоціації слабкої кислоти р К _а чи підстави р К _в і від відношення концентрацій компонентів КО-пари, але практично не залежить від розбавлення розчину водою.
Слід зазначити, що сталість рН добре виконується при малих концентраціях буферних розчинів. При концентраціях компонентів вище 0, 1 моль / л необхідно враховувати коефіцієнти активності іонів системи.
2. Значення р К _а будь-якої кислоти і р К _в будь-якого небезпідставно можна обчислити за вимірюваним рН розчину, якщо відомі молярні концентрації компонентів.
Крім того, рівняння Гендерсона-Гассельбаха дозволяє розрахувати рН буферного розчину, якщо відомі значення р К _а і молярні концентрації компонентів.
3. Рівняння Гендерсона-Гассельбаха можна використовувати і для того, щоб дізнатися, в якому співвідношенні потрібно узятий компоненти буферної суміші, щоб приготувати розчин з заданим значенням рН.

Механізми буферних систем:

1. Амонійний NH3∙H2O↔NH4^+ + OH^- NH4Cl→NH4^+ + Cl^- a) HCl→H^++ Cl^- NH3∙H2O+HCl=NH4Cl+H2O NH3∙H2O+H^+=NH4^++H2O b) NaOH→Na^++OH^- NH4Cl + NaOH=NH3∙H2O+NaCl NH4^+ +OH^-=NH3∙H2O 2. Гідрокарбонати CO2∙H2O↔H^+ + HCO3^- NaHCO3→Na^++HCO3^- a) HCl→ H^++ Cl^- NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+ H2O HCO3^-+H^+=CO2+ H2O b) NaOH→ Na^++OH^- CO2∙H2O+NaOH=NaHCO3+H2O CO2∙H2O+OH^-=HCO3^-+H2O

3. Фосфатний NaH2PO4→Na^++ H2PO4^- Na2HPO4→2Na^++ HPO4^2- a) HCl→ H^++ Cl^- Na2HPO4+HCl→ NaH2PO4 +NaCl HPO4^2-+H^+= H2PO4^- b) NaOH→ Na^++OH^- NaH2PO4+NaOH= Na2HPO4+H2O H2PO4^-+OH^-= HPO4^2+H2O 4. Ацетатний CH3COOH↔ CH3COO^- +H^+ CH3COONa→ CH3COO^- +Na^+ a) HCl→ H^++ Cl^- CH3COONa+HCl= CH3COOH+NaCl CH3COO^- +H^+= CH3COOH b) NaOH→ Na^++OH^- CH3COOH+NaOH= CH3COONa+H2O CH3COOH+OH^-= CH3COO^-+ H2O

Дата добавления: 2014-01-07