Лекция 7 БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Буферными растворами или смесями называются смеси слабой кислоты и ее соли (или слабого основания и его соли), обладающие свойством противодействовать изменению рН при прибавлении кислоты или щелочи. Поэтому очень важно поддерживать постоянство величины рН, которое обусловлено наличием буферных систем в растительных, животных организмах и в почвах.

Механизм поддержания рН на одном уровне с помощью буферного раствора можно объяснить следующим образом. Например, ацетатная буферная система состоит из СН₃СООН и СН₃СООNa.

В результате полной диссоциации соли в растворе находится большое количество анионов СН₃СОО, которые практически полностью подавляют диссоциацию слабой кислоты.

СН₃СООН = СН₃ СОО^- +Н⁺

СН₃СООNa =СН₃ СОО^- + Na⁺

Если к такому раствору добавить сильную кислоту, то ионы водорода будут соединяться с анионами с образованием недиссоциированных молекул СН₃СООН (слабой кислоты) и реакция среды не изменится.

СН₃СООNa + НС1 == NaС1 + СН₃СООН

Если к раствору добавить сильное основание, то гидроксид-ионы будут взаимодействовать с ионами водорода, содержащимися в растворе в небольшом количестве.

СН₃СООН + NaОН == Н₂О + СН₃СООNa

Добавляемая щелочь заменяется эквивалентным количеством соли, которая влияет на реакцию среды в меньшей степени, чем NaОН. Образование небольшого количества воды также не влияет на реакцию среды. Пошедшие на реакцию с ОН^- ионы водорода пополняются за счет смещения равновесия реакции диссоциации СН₃СООН вправо.

Способность буферных растворов противодействовать резкому изменению рН при прибавлении к ним кислоты или щелочи является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество прибавляемых к раствору сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. Предел, в котором проявляется буферное действие, называется буферной емкостью

 

В=С / рН₁ – рН₀ (49)

В- буферная емкость,

С- концентрация сильной кислоты или основания,

рН₀ -водородный показатель до добавления сильной кислоты или основания, рН₁- водородный показатель после добавления сильной кислоты или основания.

Почвенные растворы обладают буферными свойствами, обус-ловленными содержанием в них бикарбонатов, фосфатов и других веществ. Буферностью почвы, является ее способность, противостоять изменению рН реакции в кислую или щелочную сторону. Появляющиеся в растворе кислота или щелочь, вступают во взаимодействие с почвенными коллоидами, как наиболее активной частью твердых фаз. В результате этого взаимодействия происходит рекция обмена между обменными катионами почвы и Н⁺ кислоты

=Са²⁺ Н⁺

+ 3НС1 = Н⁺ + СаС1₂ + 3 NaС1

-Na⁺ Н⁺

В результате взаимодействия с почвой кислота исчезает из раствора (нейтрализуется), ее водородный ион оказывается связанным с твердой фазой почвы, а в растворе появляются нейтральные соли.

При взаимодействии почвы со щелочью Н⁺ и А1³⁺ компенсирующего слоя обмениваются с катионами щелочи.

 

Н⁺ Na⁺

Н⁺ +3 NaОН = Na⁺ + 3Н₂ О

Н⁺ Na⁺

 

 

__ Na⁺

__ А1³⁺ + 3 NaОН = Na⁺ + А1(ОН)₃

__ Na⁺

Щелочь нейтрализуется, вместо нее появляется вода или выпадает осадок А1(ОН)₃.

Рассчитывают величину рН буферных смесей по уравнениям

[Н⁺] = К_{д. кис}∙N_к ∙V_к /N_с∙V_с ∙α. (50)

[ОН^-]=К_{д. осн}∙N_{к осн} ∙V_осн /N_с ∙V_с∙α. (51)

 

Контрольные вопросы