Буферные растворы

Буферными растворами называются растворы с устойчивой активностью водородных ионов, т.е. с определенным значением рН, которое практически не зависит от разбавления раствора и слабо меняется при прибавлении к раствору сильной кислоты или сильного основания - эта способность и называется буферностью.

Обычно буферные растворы представляют собой растворы, содержащие слабую кислоту (или основание) вместе с ее солью. Пример - смесь уксусной кислоты и ацетата Na. В растворе имеется сопряженная пара - СН₃СООН и СН₃СОО^-, действие которой состоит в том, что при добавлении сильной кислоты ее протоны связываются основанием СН₃СОО^-, а при введении сильного основания уксусная кислота отдает ему свои протоны, и в обоих случаях [Н⁺] изменяется незначительно.

Найдем количественную связь между значением рН и активностями (в случае разбавленных растворов - концентрациями) растворенных веществ:

К_д,к =; = К_д,к

Если к раствору слабой кислоты добавлена соль этой кислоты и сильного основания, то диссоциация кислоты подавляется, и равна общей активности кислоты а_к (в растворе смеси уксусной кислоты и ацетата натрия), а можно считать равной активности ацетата натрия а_с:

= К_д,к

Подбирая различные отношения концентраций кислоты и соли, можно получить растворы с различными значениями рН. При данном составе раствора значение рН мало зависит от Т.

Другой пример буферного раствора - слабое основание NH₄OH и его соль с сильной кислотой NH₄Cl. Для этой сопряженной пары получим:

К_д,о = =

= К_д,о ; = =

Анализ уравнений показывает, почему разбавление буферных растворов практически не меняет рН растворов: рН зависит не от абсолютных значений концентраций кислоты и ее соли, а от их соотношения.

Количественной характеристикой буферности является буферная емкость - число эквивалентов щелочи или кислоты, необходимое для изменения рН на 1:

b¢ =

Величина b¢ зависит от К_д,к (К_д,о) и максимальна в области рН, близкой к р К. Буферные емкости одного и того же раствора относительно кислоты и щелочи различны.

Буферные смеси можно приготовить не только из кислоты (или основания) и соли, но и из двух солей на разных ступенях диссоциации (Na₂HPO₄ и NaH₂PO₄).

Буферные смеси находят применение при измерениях рН растворов, для проведения химических процессов в условиях постоянства рН.