2015-05-26
419
(1) CH3(CO)OH ← H+ + CH3(CO)O− , K 1= 1,8 · 10-5.
При С =0,1 М ξ = [H+] = (K 1 С)1/2 = 1,3·10-3 М = [CH3(CO)O−]
(2) HCl → H+ + Cl−
Допустим, что концентрация добавленной соляной кислоты тоже равна 0,1М. При её практически полной диссоциации [H+] = 0,1 М концентрация ацетат-ионов, выраженная из уравнения диссоциации
[CH3(CO)O−] = К 1 [CH3(CO)OH] / [H+] = 1,8·10-5 · 0,1 / 0,1 = 1,8 · 10-5М,
уменьшилась почти в 100 раз.
Общий ион Н+ добавляемой соляной кислоты подавляет ионизацию уксусной кислоты.
Буферные растворы.
Особый случай влияния одинаковых ионов - так называемые буферные растворы (БР), образованные слабой кислотой и ее солью HA + KA (общий анион А) или слабым основанием и его солью KOH + KA (общий катион К):
При достаточно большом резерве ионных и молекулярных частиц такая система обладает способностью поддерживать почти постоянные значения рН при добавлении в нее сильной кислоты или сильного основания.
| Рассмотрим количественный аспект буферной системы с общим ацетат-ионом А− ≡ CH3(CO)O−. | CH3(CO)OH + NaCH3COO HA (0,1 М) NaA (0,1 М) |
С учетом пренебрежимо малой диссоциации HA и практически полной диссоциации NaA из условия электронейтральности:
[A−] = [H+] + [Na+] ≈ [NaA] = 0,1М,
поэтому в исходном буферном растворе
[H+] = [HA] K a / [A−] ≈ K a = 1,8·10-5 М, pH = 4,74.
Добавление 0,05 М сильной кислоты, например, HCl приводит к тому, что имеющийся там резерв (сильного основания (см. раздел 4.8)) обусловливает нейтрализацию большей части вновь появившихся ионов Н+. Оставшаяся часть ацетат-ионов несколько уменьшает Н+ подавляя диссоциацию уксусной кислоты CH3(CO)OH ↔ H+ + CH3(CO)O-.
[H+] = [HA] K a / [A−] = (0,1 + 0,05 - [HA]) K a / (0,05 + [H+]) = 0,15 · 1,8·10-5 / 0,05 = 5,4· 10-5 М, pH = 4,27. Δ(pH) = 4,27 – 4,74 = -0,47
Уменьшение рН незначительно по сравнению с его падением при переходе от воды к раствору [HCl] = 0,05М той же концентрации: Δ(pH) =- (lg(0,05)) -7 = 1,3 – 7 = -5,7.
Аналогичным образом может быть количественно охарактеризовано небольшое изменение рН при добавлении к БР сильного основания. Однако и в том и в другом случае добавление не должно превышать имеющиеся количества соответствующих ионов.
Таблица4.2. Примеры систем со стабилизированными значениями рН.
| Вещество | рН | Вещество | рН |
| Кровь человека (буфер: H2PO4-, HCO3-, белки) | ~7,4 | Слезы (буфер: белки) | ~7,4 |
| Слюна | ~6,6 | Молоко | 6,6 – 6,9 |
| Желудочный сок | 0,9 | Яичный белок | 8,0 |
| Моча | 4,8 – 7,5 | Морская вода | 8,0 |
Буферные растворы играют жизненно важную роль, поддерживая приблизительно постоянное значение рН во многих биохимических реакциях. БР широко используются в аналитической химии и на производстве, когда осаждение, разделение, экстракция, ионный обмен и др. процессы возможны лишь в определенных пределах рН растворов.
