Рассмотрим механизм действия буферных растворов.
Если к 1 л смеси CH3COOH и CH3COONa с концентрациями 0,1 М, прибавить 0,01 моль HCl, протекает реакция:
CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl.
В результате качественный состав буферной смеси практически не изменяется. Концентрация ионов H+ в растворе сильно не увеличится, так как они будут связываться ионами CH3COO- соли в недиссоциированные молекулы слабой кислоты CH3COOH, при этом рН раствора понизится с 4,73 до 4,64, то есть разница составит 0,09 единиц: рН=4,76−lg(0,11/0,09)= 4,64. Если 0,01 моль HCl прибавить к 1 л чистой воды, произойдет понижение рН от 7 до 2, то есть разница составит 5 единиц.
Если к 1 л ацетатной буферной смеси прибавить 0,01 моль NaOH, то протекает реакция: CH3COOH + NaOH → CH3COONa + Н2О.
Ионы OH- щелочи будут связываться ионами H+ уксусной кислоты. И в этом случае рН раствора изменится мало – повысится с 4,73 до 4,82 единиц: рН=4,76−lg(0,09/0,11)= 4,84. Прибавление 0,01 моль NaOH к 1 л чистой воды повышает рН от 7 до 12, то есть разница составляет 5 единиц.
Если к 1 л 0,1 М раствора HCl прибавить 0,01 моль NaOH, то концентрация ионов H+ понизится до величины 0,1-0,01=0,09 моль/л, а рН раствора повысится с 1 до 1,05, то есть разница составит 0,05 единиц.
Не происходит заметного изменения рН и при разбавлении буферных растворов водой.
Пример. Рассчитать, как изменится рН смеси, состоящей из CH3COOH и CH3COONa и содержащей по 0,1 моль каждого из веществ: а) при разбавлении смеси водой в 100 раз; б) при увеличении концентрации CH3COOH в 10 раз; в) при увеличении концентрации CH3COONa в 10 раз.
Решение. рН ацетатного буфера рассчитывается по формуле
рН=рКкисл-lg(CМ(кисл)/СМ(соли)) = 4,76−lg(0,1/0,1)= 4,76.
а) при разбавлении раствора в 100 раз: рН=4,76−lg(0,001/0,001)= 4,76;
б) концентрация кислоты стала 1 моль/л: рН=4,76−lg(1/0,1)= 3,76;
в) концентрация соли стала 1 моль/л: рН=4,76−lg(0,1/ 1)= 5,76.
В химическом анализе используется большой набор буферных смесей, позволяющих поддерживать рН в необходимых пределах. Состав и характеристики наиболее часто встречающихся буферных растворов приведены в таблице:
| Название смеси | Состав буферной смеси | Рабочая область рН | |
| Названия веществ | Формулы | ||
| Формиатная | Муравьиная кислота и формиат натрия | HCOOH HCOONa | 2,7-4,7 |
| Бензоатная | Бензойная кислота и бензоат натрия | C6H5COOH C6H5COONa | 3,2-5,2 |
| Ацетатная | Уксусная кислота и ацетат натрия | CH3COOH CH3COONa | 3,7-5,7 |
| Фосфатная | Дигидрофосфат натрия и гидрофосфат натрия | NaH2PO4 NaHPO4 | 5,8-7,8 |
| Аммиачная | Гидроксид аммония и хлорид аммония | NH4OH NH4Cl | 8,2-10,2 |
Методики приготовления буферных растворов с различными значениями рН приведены в справочнике по аналитической химии.
Контрольные вопросы
1. Какие растворы называются буферными?
2. Рабочая область рН буферного раствора.
3. Буферная емкость.
4. Типы буферных растворов.
5. Формулы для расчета рН кислотной и щелочной буферных смесей.
6. Какое значение имеют буферные растворы в химическом анализе?
Список рекомендуемой литературы
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Кн. 1. Титриметрические и гравиметрический методы анализа. - М.: Дрофа, 2005. - С. 112 – 117.
2. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): учебник для вузов. В 2 кн. Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа. – М.: Высшая школа, 2001. – С.106 - 108.
3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия, 1989. – С. 267 - 275.
А.Т. Чанышева, О.Б. Чалова
Дата добавления: 2016-09-20; просмотров: 2323;