5.5. Равновесия в буферных растворах

Буферными называют растворы, способные поддерживать определенное значение рН при разбавлении, а также при добавлении некоторых количеств сильной кислоты или щелочи.

Буферное действие основано на связывании добавляемых ионов Н⁺или ОН^в молекулы малодиссоциированных соединений.

Различают следующие типы буферных растворов.

1. Смесь слабой кислоты и ее соли, например, СН₃СООН +NaCH₃COO(уксусная кислота + ацетат натрия). При добавлении сильной кислоты к этому раствору анионы соли связывают ионы Н⁺в молекулы малодиссоциированной уксусной кислоты:

СН3СОО^+ Н^+СН3СООН

(78)

При добавлении щелочи протекает реакция нейтрализации:

СН3СООН + ОН^СН3СОО^+ Н2О.	(79)
,	(80)

где pK_d– показатель константы диссоциации слабой кислоты,pK_d = –lgK_d;С_сиС_к– концентрации соли и килоты соответственно, моль/л

2. Смесь средней и кислой соли или двух кислых солей слабой многоосновной кислоты, например,Na₂CO₃+NaHCO₃илиNa₂HPO₄+NaH₂PO₄. Анионы кислой соли реагируют подобно слабой кислоте в п.1.

,

(81)

где С_сиС_к– концентрации кислой и средней соли соответственно, моль/л

3. Кислые соли слабых многоосновных кислот, при добавлении к растворам которых сильных кислот или щелочей протекают аналогичные реакции:

НСО3^+ Н^+Н2СО3;	(82)
НСО3^+ ОН^СО3^+ Н2О	(83)
,	(84)

где pK_n– показатель контснты диссоциации кислоты по соответствующей ступени.

4. Смесь слабого основания и его соли, например,NH₄OH+NH₄Cl. Буферное действие основано на реакциях:

NH4OH+H^+NH4^++H2O;	(85)
NH4^++OH^NH4OH.	(86)
,	(87)

где pK_d– показатель константы диссоциации слабого основания;С_сиС_осн– концентрации соли и основания соответственно, моль/л

5. Соли слабых кислот и слабых оснований, например,NH₄CH₃COO. Буферное действие обусловлено реакциями:

NH4^++OH^NH4OH;	(88)
CH3COO^+H^+CH3COOH.	(89)

Емкостью буферного раствора В называют количество сильной кислоты или щелочи, которое требуется добавить к 1 л раствора для изменения его рН на единицу. Раствор утрачивает буферные свойства при добавлении сильной кислоты или щелочи в количестве, превышающем буферную емкость. Различают буферную емкость раствора по кислоте и по щелочи.

Емкость кислого буфера по щелочи,В_Щ.

.

(90)

При решении уравнения получаем:

.

(91)

емкости кислого буфера по кислоте:

.

(92)

Отсюда получаем формулу для расчета

.

(93)

Емкости основного буфера по кислоте и по щелочи:

.	(94)
.	(95)

Выбор состава буферного раствора.ОтношениеС_с/С_килиС_с/С_оснвыбирают в пределах 0,1С_соли/С_к-ты 10. По таблицам констант диссоциации подбирают слабую кислоту сpK_d = pH  (или слабое основание сpK_d=pOH), исходя из заданного рН вычисляют отношение концентрацийС_с/С_к(илиС_с/С_осн).