Буферные растворы, содержащие сильное основание

Всякое сильное основание может использоваться в качестве буфера с высоким значением рН. Добавление к такому буферу небольшого количества кислоты либо основания оказывает пренебрежимо малое влияние на рН. Например, при добавлении 1 см3 раствора соляной кислоты с концентрацией 0,1 моль/дм3 к 100 см3 раствора NaOH с концентрацией 0,01 моль/дм3 происходит изменение рН от 12,00 до 11,96. Изменение рН в этом случае составляет всего 0,04. Проверить этот результат можно с помощью уравнения (6) и соотношения

Буферные растворы, содержащие слабую кислоту

Буферные растворы с устойчивыми значениями рН в пределах от 4 до 7 можно получить с помощью какой-либо слабой кислоты и одной из ее солей. С этой целью часто пользуются смесью уксусной кислоты и ацетата натрия. Ацетат натрия в водном растворе полностью ионизирован

(7)

При добавлении кислоты это равновесие смещается влево, содержание добавленных ионов H3O+ уменьшается и восстанавливается первоначальное значение рН. Наличие ацетата натрия в буферном растворе обеспечивает большой запас ионов CH3COO-, способный компенсировать действие добавляемых порций кислоты.

При добавлении основания оно нейтрализуется ионами гидроксония

Удаление ионов H3O+ в результате протекания этой реакции приводит к тому, что равновесие (7) смещается вправо. Концентрация ионов H3O+ и, следовательно, значение рН раствора остаются постоянными. Наличие уксусной кислоты в буферном растворе обеспечивает большой запас недиссоциированных молекул CH3COOH, способных диссоциировать и, таким образом, при необходимости компенсировать добавление порций основания.

Действие буферных растворов можно рассмотреть количественно на основе закона действующих масс. Как было показано в предыдущем разделе, применение этого закона к равновесию диссоциации уксусной кислоты приводит к следующему выражению для константы диссоциации уксусной кислоты:

(8)

где [CH3COO-] и [CH3COOH] - полные концентрации соответствующих частиц в буферном растворе. Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,74*105

Полученное соотношение называется уравнением Гендерсона для буферного раствора, состоящего из слабой кислоты и ее соли. Его можно использовать для различных вычислений, а именно для вычисления: рН буферного раствора; количества кислоты или соли, необходимого для получения буферного раствора с требуемым значением рН; изменений рН буферного раствора при добавлении к нему небольших порций кислоты либо основания.

При рассмотрении буферных растворов, содержащих слабую кислоту, возникает один особый случай. Уравнение Гендерсона показывает, что, когда концентрация соли точно равна концентрации кислоты, рН буферного раствора совпадает с рКа этой кислоты, т.е.

если [соль] = [кислота], то рН = рКa

Например, если 100 см3 раствора CH3COOH (рК = 4,75) с концентрацией 0,1 моль/дм3 добавить к 100 см3 раствора CH3COONa с концентрацией 0,1 моль/дм3, то рН полученного буфера должен быть равен 4,75 при 25 °С.

Оглавление: