Буферные растворы

Буферные растворы

• Буферный раствор None ™ G.Ie ReACCNI «Раствор ° Продолжать в желаемом направлении только с постоянной кислотностью ™> При изменении pH направление реакции меняется, Взаимодействие продукции на выходе.

• Поддержание определенного значения рН часто является одним из определяющих условий курса, так как кислотность раствора может измениться в результате химической реакции. Если в такую ​​смесь вводится небольшое количество сильной кислоты или сильного основания, pH не изменяется совсем или является очень маленьким. РН буфера практически не изменяется после разбавления.

Предварительно установленный pH раствора поддерживается постоянным с помощью буфера, который представляет собой смесь кислоты и конъюгата основания. Людмила Фирмаль

Одним из наиболее распространенных в аналитической химии является ацетатный буфер, содержащий уксусную кислоту и ацетат натрия. Равновесие ацетатного буфера может быть выражено в схеме CH3COOH = CH3COO- + H + (3,57) Буферный эффект такой системы обусловлен тем, что она обладает «противоядием» как для водорода, так и для гидроксид-ионов.

Когда сильная кислота вводится в ацетатный буфер, равновесие (3,57) немного смещается влево, а когда вводится сильное основание, оно движется вправо. Раствор содержит достаточное количество уксусной кислоты и ацетата натрия, поэтому заметных изменений pH не происходит. Обоснованность этих аргументов можно проверить с помощью следующего простого вычисления:

Давайте рассмотрим, как изменяется рН буфера, содержащего 0,1 М CHiCOOH и 0,1 М CH.iCOONa, при добавлении 1,0 мл 1,0 М HCl или 1,0 мл к 100,0 мл раствора. 1,0 М NaOH. Сначала рассчитывают рН исходного буфера при указанной концентрации. Когда x — концентрация ионов водорода (x = (H4 J), тогда ясно. | CH, COOH] = 0,1-a [CH3COO «] = 0,1 + x.

Подставляя эти значения в уравнение константы диссоциации уксусной кислоты макияж Кислота 1.74 • I0-5 = и x- [Lf | -I.74-I0 «5. Моль / л (0,1-х) Или рН 4,76. Добавление 1,0 мл 1,0 М HCl к этому раствору сдвигает равновесие (3,57) влево, снижает концентрацию CH3COO на 0,01 моль / л и увеличивает концентрацию кислоты CH3COOH на то же значение.

(CH3COO] = 0,1- (0,01-x) = 0,09 -f x; [SNsCOOH) = 0,1 + (0,01-х) = 0,11-х. Где х — равновесная концентрация ионов водорода, а 0,01 — концентрация HCl с учетом разбавления до 100,0 мл. Подставляя эти значения в формулу для константы диссоциации уксусной кислоты, получаем: 1,74-10 «3 = \ X) ■ Отсюда [H + |» 2,13-U «5 моль / л или pH 4,67. Как можно видеть, когда 1,0 мл 1,0 М HCl добавляли к 100,0 мл буфера, изменение рН составляло менее 0,1 единиц (оно составляло 4,67 вместо 4,76).

Теперь рассчитайте изменение рН буфера при добавлении 1,0 мл 1,0 М NaOH. При разбавлении NaOH до 100,0 мл концентрация ионов ОН снижается до 0,01 М. Когда NaOH перемещается в буфер в результате реакции, концентрация CH3COOH уменьшается на ту же величину, концентрация ионов CH3COO » увеличивается, и в растворе устанавливается следующая равновесная концентрация: (SNClC) = 0,1- (0,01 + X) = 0,09 г. (CHMOS]] = 0,1+ (0,01-f x) = 0,11 4-x.

Где х такой же, как и раньше. Равновесная концентрация ионов водорода. Подставляя эти значения в формулу для константы диссоциации уксусной кислоты, получаем: ^^ -‘- «. IP» 0,09 Откуда х = (Н ‘) 1,42-U «5 моль / л или рН 4,85. В расчетах добавление 1,0 мл 1,0 М NaOH к 100,0 мл буфера приводит к изменению рН менее 0,1 единиц (4,76 до 4,85).

Поэтому можно отметить, что буферный раствор стабильно поддерживает постоянное значение pH и не позволяет изменяться под действием кислоты или щелочи. Концентрация слабых кислотных анионов в буфере часто эквивалентна концентрации соли без заметной ошибки, т.е. [СНзСОО-] = cs, а общая концентрация слабой кислоты может быть эквивалентна равновесной концентрации (То есть (СНзСОО) = сА.

• Я вижу кислоту. $ CA В логарифме уравнения (3.58) log (H +) = ig / <+ igia-. CS Или поменяйте знак. pH == rd ‘+ log. (3,59 » Джорджия Используя уравнение (3.59), вы можете найти самый простой способ рассчитать pH буфера (если вы знаете его состав) или, наоборот, состав раствора, который обеспечивает определенное значение pH.

Однако когда концентрации CH ^ COO и Hg или SNLSUH и H ‘эквивалентны. Приблизительные предположения эквивалентности типа [CH * COO ‘) = cs или (UNCLOS) ~ неоправданны. В этом случае для расчета необходимо использовать более точную формулу. (H ‘1 = L’ <-S + | LF <4 + 1Y] pI = pL ‘4-log ;, (3,60) CA-I «Я

Это может быть легко получено из уравнения константы диссоциации кислоты. Людмила Фирмаль

Квадратичное уравнение (3.60) может быть решено обычным алгебраическим методом или, проще, непрерывным методом. Закрыть. В первом приближении концентрация ионов водорода определяется по уравнению (3.58), а затем уточняется по (3.60).

Из уравнения (3.59) pH буфера определяется не фактической концентрацией компонентов раствора, а их соотношением, поэтому pH фактически не изменяется при разбавлении раствора. Способность буфера поддерживать постоянное значение рН определяется его буферной емкостью. Характеризуемый количеством (моль) сильной кислоты или основания, его необходимо добавить в 1 литр буфера, чтобы изменить его pH на 1.

Математически буферная емкость l равна производной. Где d * — концентрация введенной сильной кислоты или сильного основания, которая равна изменению концентрации соответствующего компонента буфера, т.е. когда добавлена ​​сильная кислота, d * = dcHA = -dcA_, А для сильных оснований (\ x = (1 sd = -DcHA.

Эти соотношения являются результатом того факта, что, когда в буфер добавляется сильная кислота или основание, концентрации обоих компонентов раствора изменяются , Если сильное основание добавлено, вместо (3.61) вы можете написать: L dpH Показывает общую концентрацию буфера следующим образом: r = (вкл) + [L]

Замените здесь на [ВКЛ] из уравнения константы диссоциации кислоты | H + | (A) + IA-J. (3,62) на Из уравнения (3.62) Дифференцируйте уравнение (3.63) по рН. д, А » -1,2303 • (3,64) dpH «— (A ‘„ a + (LF) *’ Как видно, буферная емкость раствора при определенном значении рН пропорциональна общей концентрации компонентов буфера, а при определенной концентрации раствора буферная емкость зависит от рН. L ‘,

Например, ацетатный буфер при рН 4,50 op> ‘.75-U * -3,16-10 В LRN4,5 ”~ 2 30} (| .75.10- & + 3.16.10-U = 0,53 Если C составляет 1,0 М, для изменения pH раствора на единицу требуется 0,53 моль NaOH на литр. Когда с равно 0,10 М, 0,053 моль NaOH. Буферная емкость ацетатного буфера при рН 4,00 является следующей. -2304 1,75 «Нет.» * • 1,00 «10» V pH 4,00-2,303 (, 75., b + It00. | 0 «029

Другими словами, он почти удвоился по сравнению с раствором с pH 4,5. (3.64) Различая производную и производную, равную нулю, вы можете найти конфигурацию решения с максимальной емкостью буфера. d2 (A 1 dn d (pH) J ~ T ^ FT ~ 2’WW ™ AW1H4 (^ га + | H * G’-2 (/ CHL4-1H4) (HMW (H4_n) X2303 (* HA + (H-l) 4 0- Отсюда [H +] = L’nd. (3,65) Согласно уравнению (3.58), соотношение (3.65) реализуется, когда концентрации обоих компонентов буфера равны друг другу, и это является условием максимальной буферной емкости.

Подстановка уравнения (3.65) в (3.64) дает коэффициент для расчета максимальной буферной емкости раствора, и его состав удовлетворяет условию (3.65). Lta * = 2,303 i — 0,58 секунды Расчеты показывают, что буферный состав раствора уменьшается, поскольку состав раствора значительно отклоняется от рекомендуемого соотношения (3,65).

При соотношении компонентов 10: 1 емкость ацетатного буфера составляет 0,19 секунды, а при соотношении 20: 1 — всего 0,010 секунды. Следовательно, характеристики буфера проявляются в относительно узком диапазоне pH, а его центр близок к значению p / C. Обычно отношение концентраций буферного компонента cA / c $ или cB / cs находится в диапазоне от 10: 1 до 1:10, что соответствует двум единицам pH, диапазон действия буфера pH = p / s = t1. Формулы для буферов в различных диапазонах pH приведены в справочнике.

Смотрите также:

Решение задач по аналитической химии

Одноосновные кислоты и основания	Кислотно-основные индикаторы
Многоосновные кислоты и основания	Функция кислотности Гаммета