Лекция 8. Ионное произведение воды. Буферные растворы

Концентрация водородных ионов в разбавленных водных растворах, встречающихся на практике, обычно выражается малыми числами. Поэ­тому для удобства принято пользоваться показате­лем степени, взятым с обратным знаком, обозначив эту величину символом рН. рН - это величина, характеризующая концентрацию водородных ионов и численно равная отрицательному десятичному логарифму ee:

pH = - lg[H⁺]

Пользуясь этим соотношением, можно вычислить величину рН по известной концентрации водородных ионов и найти величину [Н⁺] если известно рН.

[H+]	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12	10-13	10-14
рН	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

Буферными растворами или смесями называются смеси слабой кислоты и ее соли (или слабого основания и его соли), обладающие свойством противодействовать изменению рН при прибавлении кислоты или щелочи. Поэтому очень важно поддерживать постоянство величины рН, которое обусловлено наличием буферных систем в растительных, животных организмах и в почвах.

Механизм поддержания рН на одном уровне с помощью буферного раствора можно объяснить следующим образом. Например, ацетатная буферная система состоит из СН₃СООН и СН₃СООNa. В результате полной диссоциации соли в растворе находится большое количество анионов СН₃СОО, которые практически полностью подавляют диссоциацию слабой кислоты.

СН₃СООН = СН₃ СОО^- +Н⁺

СН₃СООNa =СН₃ СОО^- + Na⁺

Если к такому раствору добавить сильную кислоту, то ионы водорода будут соединяться с анионами с образованием недиссоциированных молекул СН₃СООН (слабой кислоты) и реакция среды не изменится.

СН₃СООNa + НС1 = NaС1 + СН₃СООН

Если к раствору добавить сильное основание, то гидроксид-ионы будут взаимодействовать с ионами водорода, содержащимися в растворе в небольшом количестве.

СН₃СООН + NaОН == Н₂О + СН₃СООNa

Добавляемая щелочь заменяется эквивалентным количеством соли, которая влияет на реакцию среды в меньшей степени, чем NaОН. Образование небольшого количества воды также не влияет на реакцию среды. Пошедшие на реакцию с ОН^- ионы водорода пополняются за счет смещения равновесия реакции диссоциации СН₃СООН вправо.

Способность буферных растворов противодействовать резкому изменению рН при прибавлении к ним кислоты или щелочи является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество прибавляемых к раствору сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. Предел, в котором проявляется буферное действие, называется буферной емкостью

В=С / рН₁ – рН₀

В- буферная емкость,

С- концентрация сильной кислоты или основания,

рН₀ -водородный показатель до добавления сильной кислоты или основания, рН₁- водородный показатель после добавления сильной кислоты или основания.

Рассчитывают величину рН буферных смесей по уравнениям

[Н⁺] = К_{д. кис}∙N_к ∙V_к /N_с∙V_с ∙α.

[ОН^-]=К_{д. осн}∙N_{к осн} ∙V_осн /N_с ∙V_с∙α.