Буферная сила и буферная емкость

а) Пусть имеется буферная система и к ней добавляется сильная кислота или
щелочь. Сколько надо кислоты или щелочи, чтобы изменить рН, скажем, на одну единицу?

б) Очевидно, чем больше требуется при этом кислоты или щелочи, тем эффективней буферная система. В связи с этим, известны две характеристики буферных систем.

Здесь K_B — буферная сила по сильному основанию, а K_A — буферная сила по кислоте.

б) Фактически, каждая из данных величин — это производная(с положительным или отрицательным знаком) кривой титрования, если в качестве аргумента брать рН, а в качестве функции — с(В).

в) Поэтому зависимость K_B от рН имеет колоколообразный характер (рис. 12.3) с максимумом в центре буферной зоны (где скорость dC(B)/d(pH) максимальна). При удалении от центра буферная сила быстро убывает и вне буферной зоны практически сводится к нулю.

Значит, чем больше концентрация буферной системы, тем больше требуется щелочи для одного и того же изменения рН.

д) Естественно также, что буферная сила по основанию и по кислоте при любом рН одинакова, но различна по знаку.

2. а) Однако на практике буферную систему характеризуют отношением не дифференциалов, а конечных приращений концентраций щелочи (кислоты) и рН.

б) Таким образом, В показывает, на сколько требуется увеличить в среде
концентрацию щелочи для увеличения рН на 1.

в) Если приращения Δc(B) и Δ(pH) невелики, то понятие буферной емкости практически совпадает с понятием буферной силы. И, соответственно, для В справедливо то, что относилось к буферной силе: колоколообразный характер зависимости от рН, а также зависимость от общей концентрации компонентов буферной системы.

3.а) Но можно задаться тем же вопросом буквально: на сколько требуется увеличить концентрацию щелочи в среде, чтобы рН раствора реально повысился
на 1 с какого-то начального значения рН0?

б) Для исходного значения рН имеем:

в) Вычитая из этого равенства равенство (12.6), можно найти:

9 с₀ (к-та) × с₀ (соль) 9 с₀ (к-та) × с₀ (соль)

В = –––––––––––––––––– и (аналогично) А = –––––––––––––––––––. (12.19,)

с₀ (к-та) + 10 с₀ (соль) 10 с₀ (к-та) + с₀ (соль) а-б)

Здесь уже в общем случае В ≠ А. Но по-прежнему буферная ёмкость определяется и общим количеством компонентов буферной системы, и соотношением их в данной точке титрования.

На этом мы закончим рассмотрение растворов слабых электролитов и перейдём к растворам сильных электролитов. Хотя многое из нижеследующего применимо и к слабым электролитам.

Краткое содержание главы 12

1. В главе рассматривались БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ. Это растворы, содержащие (кроме растворителя) два компонента:

I. слабую кислоту и её соль с сильным основанием либо

II. слабое основание и его соль с сильной кислотой.

В зоне своего буферного действия (рК_а±1,5) эти системы РЕЗКО УМЕНЬШАЮТ ИЗМЕНЕНИЕ рН при добавлении кислот или щелочей.

2. рН буферного раствора зависит от соотношения компонентов системы и рассчитывается по УРАВНЕНИЮ ГЕНДЕРСОНА-ХАССЕЛЬБАХА:

система I —

система II —

Они показывают, сколько сильной кислоты (или щёлочи) надо было бы добавить к буферному раствору, чтобы изменить его рН на единицу –

I. при условии линейной зависимости с(В) от рН (БУФЕРНАЯ СИЛА)

II. или в условиях реальной зависимости с(В) от рН (БУФЕРНАЯ ЁМКОСТЬ).

Глава 13. ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ СИЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ
РАСТВОРОВ

Отсюда следуют две другие особенности.

Во-вторых, такие растворы проводят электрический ток.

Так вот, в данной главе мы рассмотрим количественные аспекты этих двух
свойств электролитов.