Растворы слабых оснований.

Формулы для вычисления рН растворов слабых оснований выведем на пример NH₄OH (NH₃ · H₂O)

NH₄OH D NH +OH^-

Kосн =

Рассуждая аналогично предыдущему примеру, получим: [NH ]=[OH^-]; [NH₄OH] ≈ C_осн

К_осн= [OH^-] =

[H⁺] = или [H⁺] =

pH = 14- pK_осн + lgC_осн

Буферные растворы

 

Буферные системы (или буферные растворы) – это растворы, способные сохранять приблизительно постоянное значение рН при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или сильных оснований, или их разбавлений.

Буферные растворы могут содержать либо одно индивидуальное вещество, либо смесь веществ.

Чтобы в буферном растворе поддерживалось заданное постоянное значение рН, его готовят, смешивая рассчитанные количества компонентов, из которых состоит буферная смесь.

Часто используют буферные растворы, содержащие смесь слабой кислоты и ее соли (например, формиатный буфер – смесь муравьиной кислоты и формиата натрия HCOOH +HCOONa, ацетатный буфер – смесь уксусной кислоты и ацетата натрия) или смесь слабого основания и его соли (например, аммиачный буфер – NH₄OH и NH₄Cl).

Рассмотрим подробнее эти два типа буферных растворов.

1. Буферная система, содержащая слабую кислоту и ее соль, например ацетатный раствор: СН₃СООН и СН₃СООNa. Буферное действие ацетатной смеси заключается в следующем. Если в буферную смесь прибавляют небольшой объем сильной кислоты, то ионы водорода этой кислоты, которые могли бы привести к изменению рН раствора, будут связываться ацетатными ионами в слабо диссоциирующую уксусную кислоту:

H⁺ +CH₃COO^- = CH₃COOH

или

HCl+CH₃COONa=CH₃COOH+H₂O.

Если к этому же буферному раствору прибавить небольшое количество щелочи, то гидроксид – ионы щелочи будут связываться уксусной кислотой

OH^- +CH₃COOH = CH₃COO^- +H₂O или

NaOH+CH₃COOH = CH₃COONa+H₂O

И в том, и в другом случае баланс ионов водорода в растворе практически не нарушается и рН раствора сохраняется постоянным.

Рассчитаем величину рН в ацетатном буферном растворе:

СН₃СООNa = CH₃COO^- +Na⁺

CH₃COOH D CH₃COO^- +H⁺

K_к-ты=

Но СН₃СООН – очень слабая кислота и присутствует в растворе исключительно в виде недиссоциированных молекул, поэтому можно принять [CH₃COOH] ≈ C_к-ты. Соль СН₃СООNa диссоциирована в растворе практически полностью, следовательно, почти все имеющиеся в растворе ацетат-анионы происходят от диссоциации соли, тогда [CH₃COO^-] ≈ C_соли. Учитывая сказанное, приведенное выше выражение для К диссоциации принимает вид

К_к-ты =

[H⁺] = K_к-ты

рН=рК_к-ты -lg

Буферная смесь, содержащая слабое основание и его соль, например аммиачный (аммонийный) буфер NH₄OH и NH₄Cl.

Если к аммиачной буферной смеси прибавить небольшое количество сильной кислоты (предположим НCl), то ионы Н⁺ этой кислоты связываются гидроксидом аммония

H⁺+NH₄OH=NH +H₂O

HCl+NH₄OH=NH₄Cl+H₂O

В итоге рН буферной смеси практически не изменяется.

Если к аммиачному буферу добавить небольшое количество щелочи (КОН или NaOH), то гидроксильные группы этой щелочи связываются катионами аммония соли с образованием практически не диссоциирующего в данных условиях гидроксида аммония.

NH +OH^-=NH₄OH

NH₄Cl+KOH=NH₄OH+KCl

Поэтому рН раствора и в данном случае практически не меняется.

Найдем величину рН аммиачного буфера.

NH₄Cl=NH₄Cl

NH₄OH D NH +OH^-

K_осн =

При незначительной степени ионизации NH₄OH и практически полной NH₄Cl равновесная концентрация NH₄OH будет практически равна его исходной концентрации, а равновесная концентрация катионов NH приближенно равна исходной концентрации хлорида аммония, т.е. [NH₄OH]≈C_осн, а [NH ]≈C_соли

К_осн=

[OH^-]=K_осн

рОН=рК_осн –lg

Всякая буферная смесь сохраняет практически постоянным рН лишь до прибавления некоторого определенного количества кислоты или щелочи, т.е. обладает определенной буферной емкостью.

Буферная емкость раствора тем больше, чем выше концентрации компонентов буферной смеси.

В качественном и количественном анализах буферные системы используют тогда, когда необходимо поддерживать постоянное значение рН среды. Например, при комплексонометрическом определении некоторых металлов применяют аммиачную буферную смесь.

Буферные системы играют большую роль в регулировании жизнедеятельности организма, в котором должно сохраняться постоянство рН крови, лимфы и других жидкостей.