Буферные системы

При выполнении анализа иногда необходимо поддерживать в исследуемом растворе определённую концентрацию ионов Н⁺, которая не должна изменяться при хранении, разбавлении раствора, добавлении к нему небольших количеств сильной кислоты или щелочи. Для этих целей в аналитической практике применяют буферные растворы или буферные системы, представляющие собой смеси электролитов, содержащие одноименные ионы.

Различают два типа буферных систем:

- смесь слабой кислоты и её соли, например, ацетатный буферный раствор;

- смесь слабого основания и его соли, например, аммонийный буферный раствор.

Механизм действия ацетатного буферного раствора:

Состав: СН₃СООН + СН₃СООNa

Уксусная кислота – слабый электролит, диссоциирует по схеме:

СН₃СООН ↔ СН₃СОО^- + Н⁺

Причем, равновесие диссоциации смещено в сторону недиссоциированных молекул.

Ацетат натрия – сильный электролит, диссоциирует по схеме:

СН₃СООNа ↔ СН₃СОО^- + Na⁺

Причем, равновесие диссоциации смещено в сторону ионов.

При добавлении к ацетатному буферному раствору небольшого количества щелочи (NaOH), появляющиеся ионы ОН^- связываются с имеющимися в растворе ионами Н⁺ с образованием слабого электролита Н₂О:

ОН^- + Н⁺ ↔ Н₂О

Вместо связанных ионов Н⁺, уксусная кислота, диссоциируя, дает новые. В результате рН раствора изменяется незначительно.

При добавлении небольшого количества кислоты (НСI), появляющиеся в растворе ионы Н⁺ связываются с присутствующими в растворе ацетат-ионами с образованием слабого электролита СН₃СООН:

Н⁺ + СН₃СОО^- ↔ СН₃СООН

В результате рН раствора также почти не изменяется.

Механизм действия аммиачного буферного раствора:

Состав: NH₄OH + NH₄CI

Гидроксид аммония – слабый электролит, диссоциирующий по схеме:

NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^-

Причем, равновесие диссоциации смещено в сторону молекул.

Хлорид аммония – сильный электролит, диссоциирующий по схеме:

NH₄CI ↔ NH₄⁺ + CI^-

Равновесие диссоциации смещено в сторону ионов.

Добавление NaOH:

ОН^- + NH₄⁺ ↔ NH₄OH – слабый электролит В результате

Добавление НСI: рН раствора

Н⁺ + ОН^- ↔ Н₂О – слабый электролит почти не изменяется

Расчет значений рН буферных систем.Буферные смеси, состоящие из слабой кислоты и её соли:

, (15)

рН = - lg [H⁺],

где К_к – константа диссоциации кислоты; С_к и С_с – концентрации соответственно кислоты и соли (моль/л).

Буферные смеси, состоящие из слабого основания и его соли:

, (16)

рОН = - lg [OH^-],

рН = 14 – рОН,

где К_о – константа диссоциации основания; С_о и С_с – концентрации соответственно основания и соли (моль/л).