7.9. Буферные растворы

Буферными растворами называются растворы с устойчивой концентрацией водородных ионов и, следовательно, с определенным значением рН, почти не зависящим от разведения и лишь слабо изменяющимся при прибавлении к раствору небольших количеств сильной кислоты или щелочи.

Такими свойствами обладают растворы, содержащие слабую кислоту или слабое основание совместно с их солью. Рассмотрим для примера раствор, содержащий уксусную кислоту и ацетат натрия. В этом случае процесс диссоциации характеризуется уравнением

. (7.18)

Присутствие ацетата практически полностью подавляет диссоциацию самой кислоты. Поэтому можно считать, что концентрация С_{СН3СООН} практически равна исходной концентрации кислотыСк. Концентрация ацетата равна концентрациихС_соли, т.е. произведению концентрации соли на степень ее диссоциации. В результате получим

. (7.19)

Для разбавленных растворов = 1.

Тогда рН буфера будет:

, (7.20)

или

, (7.21)

или

. (7.22)

Для основных буферов:

(7.23)

Величина рН – буферных растворов зависит:

• от показателя константы диссоциации слабой кислоты или слабого основания;

• от соотношения компонентов буферного раствора.

рН = рК+1 – зона буферного действия раствора.

В этом интервале значений рН наиболее четко поддерживается активная кислотность среды.

7.10. Механизм действия буферных растворов

При рассмотрении механизма действия буферов необходимо ответить на два вопроса:

• Почему рН буферного раствора не меняется при разбавлении?

• Почему рН буферного раствора не меняется при добавлении небольших количеств сильных кислот или сильных оснований?

При разведении константы диссоциации слабых кислот или оснований не меняются. Отношение концентраций кислоты и соли также остается постоянным. В результате рН сохраняется.

При добавлении сильной кислоты к буферу Н⁺-ионы реагируют с солевой компонентой и превращаются в недиссоциированную форму. Концентрация Н⁺ионов уменьшается, концентрация слабой кислоты увеличивается, степень диссоциации уменьшается, а рН раствора практически не меняется.

При добавлении сильной щелочи ОН^-–ионы реагируют с кислотой. Сильное основание заменяется на эквивалентное количество слабого электролита воды. Причины неизменения рН заключаются в превращении сильного основания в слабый электролит.

7.11. Буферная емкость

Буферной емкостью называется количество моль-эквивалентов сильной кислоты или сильного основания, которые можно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы рН изменилась на одну единицу.

Буферная система крови. В норме рН крови находится в пределах 7,4 + 0,04. Хотя какой-то вклад в буферные свойства вносит гемоглобин и другие белки, а также фосфаты, все же главным компонентом буферной системы крови служит пара бикарбонат натрия/угольная кислота.

Лекция 8. Основные понятия химической кинетики

8.1. Химическая реакция

Химической реакцией можно считать любое изменение вещества, при котором образуется или разрывается химическая связь между атомами. Химическая реакция характеризуется механизмом ее протекания и глубиной протекания.

8.2. Механизм химической реакции

Химические реакции, как правило, не происходят путем непосредственного взаимодействия исходных молекул с прямым переходом их в молекулы продуктов реакции. В большинстве случаев реакции протекают в несколько стадий. Например, окисление ионов двухвалентного железа в кислом растворе молекулярным кислородом состоит из ряда стадий:

Fe²⁺ + O₂  Fe³⁺ + O₂^-

O₂^- + H⁺  HO₂^·

Fe²⁺ + HO₂^·  Fe³⁺ + HO₂^-

HO₂^- + H⁺  H₂O₂

H₂O₂ + Fe²⁺ Fe³⁺ + OH^- + OH^·

Fe²⁺ + OH^·  Fe³⁺ + OH^-

OH^- + H⁺  H₂O.

Общее стехиометрическое уравнение реакции:

4Fe²⁺+ 4H⁺+O₂4Fe³⁺+ 2H₂O.

Этот сложный путь оказывается, тем не менее, неизмеримо более выгодным, так как ни на одном из семи этапов не требуется встречи более чем двух частиц и ни на одном из этапов не требуется соударения одноименно заряженных частиц.

Совокупность стадий, из которых складывается химическая реакция, носит название механизма химической реакции.