Буферные системы

Многие реакции в растворе проходят в нужном направлении только при определенном значении рН и изменение значения рН приводит к нежелательному изменению направления реакции и появлению новых продуктов взаимодействия. Кислотность раствора может меняться в результате химической реакции, поэтому поддержание нужного значения рН часто является одним из условий прохождения реакции. Заданное значение рН можно поддерживать постоянным с помощью буферных растворов.

Буферные растворы — растворы с определенной устойчивой концентрацией Н₃О⁺, которая мало изменяется при добавлении небольших количеств веществ, смещающих равновесие в системе, а также при разбавлении и концентрировании. Буферным действием обладают смеси кислоты и сопряженного основания.

В аналитической химии широко применяется ацетатная буферная система, представляющая собой смесь уксусной кислоты и ацетата натрия. Равновесие в таком растворе можно представить схемой:

СН₃СООН = СН₃СОО^- + Н⁺

При введении в такой буфер сильной кислоты равновесие сдвинется влево, а при введении сильного основания − вправо. Так как в растворе в достаточном количестве имеется и уксусная кислота и ацетат натрия, заметного изменения рН не происходит (рН буферных растворов зависит от константы диссоциации слабой кислоты или основания, соотношения концентраций компонентов смеси и практически не зависит от температуры).

Расчет рН кислотного буфера можно произвести по уравнению:

рН = рК_кисл – lg с_кисл + lg с_соли,

рН основного буфера рассчитывается по уравнению:

рН = 14 – рК_осн – lg с_соли + lg с_осн

Буферирующая способность растворов количественно оценивается буферной емкостью, которая соответствует количеству вещества сильной кислоты или сильного основания, которое вызывает изменение рН буферного раствора на единицу. Максимальную буферную емкость имеют растворы с соотношением компонентов 1: 1.

Пример. Рассчитать рН раствора, полученного при добавлении к 100 см³ 0,1 М НСl 3,4 г сухого формиата натрия.

Решение. В растворе протекает реакция:

НСООNa + HCl = НСООН + NaCl

Вычисляем общую концентрацию HCOONa: М (НСООNa) = 68 г/моль:

= = 0,5 моль/л,

0,1 моль формиата натрия пойдет на взаимодействие с HCl, следовательно, в растворе находится избыток HCOONa (с_соли = 0,5 – 0,1 = 0,4 моль), и образующаяся в результате реакции НСООН, концентрация которой с_кисл = 0,1 моль.

По справочнику находим: К_НСООН =1,8 ^. 10^-4; рК = 3,75

рН = 3,75 – lg0,1 + lg0,4 = 3,75 + 1 – 0,4 = 4,35

Дата добавления: 2014-01-04