Буферные системы.

Буферная система (БС) – это равновесная система, поддерживающая постоянство рН при добавлении небольшого количества кислоты или основания, разбавлении водой.

1 тип:это протолитические системы, состоящие из раствора слабой кислоты и избытка сопряженного с ней основания.

СН₃СООН + НОН ↔ СН₃СОО^-+ Н₃О⁺

кислота основание сопряж. основание сопряж. кислота

СН₃СООNa↔ СН₃СОО^-+Na⁺

соль избыток сопряж

основания

Примеры буферных систем: СН₃СООNa/ СН₃СООН – ацетатная;NaHCO₃/H₂CO₃– бикарбонатная;Na₂CO₃/H₂CO₃– карбонатная;Na₂HPO₄/NaH₂PO₄– фосфатная; белковая; гемоглобиновая.

Механизм действия.Если в ацетатную буферную систему ввести некоторое количество кислоты, то она сразу же будет взаимодействовать с ацетатом натрия, образуя кислоту буферной системы и соль, которые не изменят рН среды.

СН₃СООNa/ СН₃СООН +HCl→ СН₃СООН +NaCl

При добавлении щелочи гидроксид ионы будут взаимодействовать с кислотой, образуя соль буферной системы и воду, которые не изменят рН среды.

СН₃СООNa/ СН₃СООН +NaОH→ СН₃СООNa+ Н₂О

Действие буферной системы будет определяться соотношением ее компонентов.

СН₃СООН ↔ СН₃СОО^-+ Н⁺

К_д= [СН₃СОО^-]·[Н⁺] / [СН₃СООН]

[Н⁺] = К_д· [СН₃СООН] / [СН₃СОО^-]

-lg[Н⁺] = -lgК_д· -lg([СН₃СООН]/[СН₃СОО^-])

рН = рК_а-lg([СН₃СООН]/[СН₃СОО^-])

рН = рК_а-lg(С_{кислоты}/С_соли) = рК_а+lg(С_соли/ С_{кислоты}) – уравнение для расчета рН БС.

Буферная система может состоять из двух солей, но одна из них будет выполнять роль кислоты, например фосфатная БС - Na₂HPO₄/NaH₂PO₄ – соль/кислота.

2 тип: это протолитические системы, состоящие из раствора слабого основания и избытка сопряженной с ним кислоты или соли сильной кислоты.

NH₃ + HOH ↔ NH₄⁺ + OH^-

основание кислота сопряж. кислота сопряж. основание

NH₄Cl ↔ NH₄⁺ + Cl^-

соль избыток сопр.

кислоты

NH₄ОН /NH₄Cl– аммиачная БС, состоит из слабого основания и соли сильной кислоты.

Механизм действия.Если в аммиачную буферную систему ввести некоторое количество кислоты, то она сразу же будет взаимодействовать с основанием, образуя соль и воду, которые не изменят рН среды.

NH₄ОН /NH₄Cl+HCl→NH₄Cl+ Н₂О

При добавлении щелочи гидроксид ионы будут взаимодействовать с солью, образуя основание и соль, которые не изменят рН среды.

NH₄ОН /NH₄Cl+NaОH→NH₄ОН +NaCl

Действие буферной системы будет определяться соотношением ее компонентов.

NH₄ОН →NH₄⁺+OH^-

рН = 14 – рК_в+lg(С_{основания}/С_соли)

Способность буферной системы сохранять постоянство рН ограниченно, то есть прибавлять кислоты и щелочи не изменяя рН можно лишь в пределах буферной ёмкости. Зона буферного действия – интервал значений рН, где сохраняется действие БС.

рН = рК_а± 1

Количественно буферное действие характеризуется буферной ёмкостью - В, которая равна количеству вещества эквивалента сильной кислоты или сильного основания, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить значение рН на единицу.

В_а=n(f_э)_{кислоты}/ (V_{буферного раствора}∙∆рН) = (С(f_э)_{кислоты}∙V_{кислоты}) / (V_{буферного раствора}∙(рН₂– рН₁))

В_в=n(f_э)_{основания}/ (V_{буферного раствора}∙∆рН) = (С(f_э)_{основания}∙V_{основания}) / (V_{буферного раствора}∙(рН₂– рН₁))