Буферные растворы

В лабораторной практике очень часто приходится ра­ботать с растворами, которые должны иметь определен­ную величину рН. Для этого готовят так называемые буферные растворы. Это растворы, рН ‘которых практи­чески не меняется при разведении, а также при добав­лении небольших количеств кислот или щелочей.

Буферные растворы обычно представляют собой смесь растворов:

а)  слабая кислота и соль этой кислоты и сильного
основания, например CH₃COOH + CH₃COONa;

б)  слабое основание и соль этого основания и сильной кислоты, например NH₄0H+NH₄C1;

>в) смесь средних и кислых солей, например Na₃P0₄+NaH₂P0₄.

Меняя концентрацию и соотношение растворов, мы можем получить буферные растворы с различным рН.

Разберемся, на чем основаны свойства буферных растворов, на примере буферной смеси уксусной кислоты и ацетата натрия.

1.  Разбавление водой. Уксусная кислота — кислота
слабая, кроме того, ее диссоциация еще уменьшается
благодаря присутствию ацетата натрия (влияние одноименного иона).

Предположим, что рассматриваемый раствор разбав­ляют водой в 10 или в 20 раз. Казалось бы, вследствие сильного уменьшения концентрации уксусной кислоты концентрация ионов Н⁺ должна уменьшиться, но этого не происходит, потому что с разбавлением увеличивает­ся степень диссоциации уксусной кислоты, так ,каж уменьшается концентрация ацетата натрия, подавляю­щего диссоциацию уксусной кислоты этого раствора. Следовательно, при разбавлении водой рН практически не изменится.

2.  Прибавление сильной кислоты. При добавлении
к буферной смеси небольшого количества сильной кислоты, например, соляной, происходит реакция:

CH₃COONa + НС1 = NaCl + СН₃СООН.

Ионы Н⁺, поступающие в раствор, будут связываться в молекулы уксусной кислоты с малой степенью диссоциа­ции. Таким образом, концентрация ионов Н+ почти не увеличится и рН раствора практически не изменится

Если такое же количество кислоты прибавить в чистую воду, все ионы Н+ останутся в растворе, концентрация ионов водорода увеличится во много раз и рН раствора заметно изменится. А водород, как известно – Самый распространенный химический элемент

3. Прибавление небольшого количества щелочи. При­бавленная в буферную смесь щелочь вступает-в реакцию с уксусной кислотой:

СН₃СООН + NaOH = CH₃COONa + Н₂0.

Ионы ОН~ связываются ионами Н+ уксусной кислоты в недиссоциированные молекулы воды. Однако убыль этих ионов пополняется в результате диссоциации моле­кул уксусной кислоты. Таким образом, рН раствора пос­ле прибавления щелочи практически не изменится.

Если лее прибавить щелочь в чистую воду, все ионы ОН” останутся в растворе. Концентрация ионов ОН” резко возрастет, концентрация ионов Н+ соответственно уменьшится и рН раствора изменится заметно.

Аналогичные явления наблюдаются при добавлении небольших количеств кислот и щелочей к другим буфер­ным смесям. Рассмотрим несколько примеров.

1.  Прибавление щелочи к” буферной   смеси Na₃P0₄-f-NaH₂P0₄. Прибавленная щелочь   вступает в реакцию с дигидрофосфатом натрия

NaH,P0₄ + 2NaOH = Na₃P0₄ + 2Н₂0

ионы ОН” связываются ионами Н+ в (молекулы воды.

2.  Прибавление кислоты к буферной
смеси H₂C₂0₄+Na₂C₂0₄. Происходит реакция между
оксалатом натрия и прибавленной кислотой.

Na₂C₂0₄ + 2НС1 = 2NaCl + H₂C₂0₄.

В результате ионы Н⁺ связываются ионами С₂ОГ в сла-бодиссоциированные молекулы Н₂С₂0₄.

Способность буферных смесей поддерживать практи­чески постоянный рН основана на том, что отдельные компоненты смеси связывают ионы Н⁺ или ОН” вводи­мых в раствор кислот и оснований. Конечно эта возмож­ность не безгранична. Всякая буферная смесь практиче­ски сохраняет постоянство рН только до прибавления определенного количества кислоты или щелочи, иначе говоря, каждый буферный раствор характеризуется оп­ределенной буферной емкостью. Буферной емкостью на­зывается количество эквивалентов кислоты или щелочи,

при добавлении которых к 1 л буферного раствора его рН изменяется на единицу.

Буферные растворы широко применяются в аналити­ческой химии. Многие процессы осаждения труднорас­творимых электролитов проходят при определенном зна­чении рН раствора. Например, при осаждении катионов II группы [мы применяем буферную смесь NH₄OH + +.NH4CI, создавая тем самым рН»8,5, при котором основной карбонат магния не осаждается.

Буферные растворы играют огромную роль в жизни организмов, обеспечивая постоянство рН крови и лимфы.