ВЪВЕДЕНИЕ
БУФЕРНИ РАЗТВОРИ (буферни смеси, буфери) - разтвори, съдържащи буферни системи и в резултат на това имат способността да поддържат pH на постоянно ниво. Те обикновено се приготвят чрез разтваряне във вода, взета в подходящи пропорции, слаба киселина и образуваната й сол алкален метал, частична неутрализация на слаба киселина със силна основа или слаба основа със силна киселина, разтваряне на смес от соли на многоосновна киселина. Стойността на pH на буферните разтвори, приготвени по този начин, варира леко в зависимост от температурата. Диапазонът на стойностите на pH, в който буферният разтвор има стабилни буферни свойства, е в рамките на pK ± 1 (pK - отрицателен десетичен логаритъмконстанта на дисоциация на включената в състава му слаба киселина). Най-известните буферни разтвори са: глицин Серенсен, ацетат Уолпол, фосфат Серенсен, борат Палич, веронал Михаелис, карбонат Колтоф, Трис буфер, универсален веронал Михаелис и др.
В лабораторната практика буферните разтвори се използват за поддържане на активната реакция на средата на определено постоянно ниво и за определяне pH стойност(рН) - като стандартни разтвори със стабилни стойности на рН и др.
БУФЕРНИ СМЕСИ
Ако се добави вода към разтвор на киселина или основа, тогава, разбира се, концентрацията на водородни или хидроксилни йони намалява съответно. Но ако добавите определено количество вода към смес от оцетна киселина и натриев ацетат или към смес от амониев хидроксид и амониев хлорид, концентрацията на водородни и хидроксилни йони в тези разтвори няма да се промени.
Способността на някои разтвори да поддържат постоянна концентрация на водородни йони, когато се разреждат, както и когато се добавят малки количества силни киселини или основи, е известно като буферно действие.
Разтвори, които едновременно съдържат слаба киселина и нейната сол или слаба основа и нейната сол и имат буферен ефект, се наричат буферни разтвори. Буфериращите разтвори могат да се разглеждат като смеси от електролити с еднакви йони. Наличието на слаба киселина или слаба основа и техните соли в разтвор намалява ефекта от разреждането или действието на други киселини и основи върху pH на разтвора.
Такива буферни разтвори са следните СН смеси 3 COOH + CH 3 C OON a, NH 4 OH + NH 4 Cl, Na 2 CO 3 + NaHCO 3 и др.
Буферните разтвори, които са смеси от слаби киселини и техните соли, обикновено имат кисела реакция (pH<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН 3 COOP + 0,1 М CH разтвор 3 CO ONa има pH = 4,7.
Буферните разтвори, които са смеси от слаби основи и техните соли, обикновено имат алкална реакция (pH>7). Например, буферна смес от 0,1 М разтворРазтворът на N H 4 OH + 0,1 M N H 4 C1 има рН = 9,3.
Киселинно-базови буферни разтвори
IN в широк смисълБуферните системи са системи, които поддържат определена стойност на параметър при промяна на състава. Буферни разтвори могат да бъдат
киселинно-алкален - поддържайте постоянна стойност на pH чрез добавяне на малки количества киселина или основа.
Redox поддържа потенциала на системата постоянен, когато се въвеждат окислители или редуциращи агенти.
Известни са метални буферни разтвори, които поддържат постоянна стойност на pH.
Във всички случаи буферният разтвор е конюгирана двойка. По-специално киселинно-алкалните буферни разтвори съдържат конюгирана киселинно-алкална двойка. Буфериращият ефект на тези разтвори се дължи на наличието на общо киселинно-алкално равновесие:
NA ↔ N + + A -
конюгирана киселина
База
B + N + ↔ VN +
ОТНОСНО деформиран конюгат
киселина
Тъй като в този раздел се обсъждат само киселинно-основни буферни разтвори, ние ще ги наричаме буферни разтвори, като пропускаме „киселинно-алкални” в името.
Буферните разтвори са разтвори, които поддържат постоянна стойност на pH чрез разреждане и добавяне на малки количества киселина или основа.
Класификация на буферните системи
1. смеси от разтвори на слаби киселини и техните соли. Например ацетатен буферен разтвор.
2. смеси от разтвори на слаби основи и техните соли. Например амониев буферен разтвор.
3. смеси от разтвори на соли на многоосновни киселини с различна степен на заместване. Например фосфатен буферен разтвор.
4. йони и молекули на амфолити. Те включват, например, аминокиселини и протеинови буферни системи. Тъй като са в изоелектрично състояние, аминокиселините и протеините не са буфери. Буферният ефект възниква само когато към тях се добави определено количество киселина или основа. В този случай се образува смес от две форми на протеин: а) слаба "протеинова киселина" + сол на тази слаба киселина; б) слаба „протеинова основа“ + сол на тази слаба основа. По този начин този тип буферни системи могат да бъдат класифицирани като буферни системи от първи или втори тип.
Изчисляване на рН на буферни разтвори
Основата за изчисляване на рН на буферните системи е законът за масовото действие за киселинно-алкалното равновесие. За буферна система, състояща се от слаба киселина и нейната сол, например ацетат, концентрацията на йони H+ лесно се изчислява въз основа на равновесната константа на оцетната киселина:
CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +
(1).
От (1) следва, че концентрацията на водородни йони е равна на
(2)
В присъствието на CH3 COONa Киселинно-алкалното равновесие на оцетната киселина е изместено наляво. Следователно концентрацията на недисоциирана оцетна киселина е почти равна на концентрацията на киселината, т.е. [SN 3 COOH] = кисел
Основен източник на ацетатни йони, силен електролит CH3COONa:
CH 3 COONa → Na + + CH 3 COO - ,
Следователно можем да приемем, че [ CH 3 COO - ] = от сол . Като се вземат предвид направените предположения, уравнение (2) приема формата:
От това получаваме уравнението на Хендерсън-Хаселбах за буферни системи, състоящи се от слаба киселина и нейната сол:
(3)
За буферна система, състояща се от слаба основа и нейната сол, например амоняк, концентрацията на водородни йони в разтвора може да се изчисли въз основа на константата на дисоциация на слабата основа.
NH 3 × H 2 O = NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH -
(4)
Нека изразим концентрацията на йониО- от йонния продукт на водата
(5)
и го заместете в (4).
(6)
От (6) следва, че концентрацията на водородните йони е равна на
(7)
В присъствието на NH4Cl киселинно-базовият баланс се измества наляво. Следователно концентрацията на недисоцииран амоняк е почти равна на концентрацията на амоняк, т.е. [ NH4OH] = с основа.
Основен източник на амониеви катиони, силен електролит NH4Cl:
NH 4 Cl → NH 4 + + Cl - ,
Следователно можем да приемем, че [ NH4 + ] = от сол . Като се вземат предвид направените предположения, уравнение (7) приема формата:
(8)
От това получаваме уравнението на Хендерсън-Хаселбах за буферни системи, състоящи се от слаба основа и нейната сол:
(9)
По подобен начин можете да изчислите рН на буферна система, състояща се от смес от разтвори на соли на многоосновни киселини с различна степен на заместване, например фосфат, състояща се от смес от разтвори на хидроген фосфат ( Na2HPO4 ) и дихидроген фосфат ( NaH2PO4 ) натрий. Действието му се основава на киселинно-алкалния баланс:
H 2 PO 4 - ↔ H + + HPO 4 2-
Слаба киселинна спрегната основа
(10)
Изразяване от (10) на концентрацията на водородни йони и правене на следните допускания:
[H2PO4-] = c (H2PO4-); [ HPO 4 2- ] = c (HPO 4 2- ), получаваме:
(11).
Като вземем логаритъм на този израз и обърнем знаците, получаваме уравнението на Хендерсън-Хаселбах за изчисляване на pH на фосфатната буферна система
(12),
Където pK b (H 2 PO 4 - ) отрицателен десетичен логаритъм на константата на дисоциация
фосфорна киселина във втория етап; с ( H 2 PO 4 -) и с (HPO 4 2- ) съответно концентрацията на киселина и сол.
Свойства на буферните разтвори
Стойността на pH на буферните разтвори остава непроменена при разреждане, както следва от уравнението на Henderson-Hasselbalch. При разреждане на буферния разтвор с вода концентрациите на двата компонента на сместа намаляват еднакво пъти. Следователно стойността на pH не трябва да се променя. Опитът обаче показва, че известна промяна в рН, макар и незначителна, все пак настъпва. Това се обяснява с факта, че уравнението на Хендерсън-Хаселбалх е приблизително и не отчита междуйонните взаимодействия. При извършване на точни изчисления трябва да се вземе предвид промяната в коефициентите на активност на спрегнатата киселина и основа.
Буферите променят малко pH, когато се добавят малки количества киселина или основа. Способността на буферните разтвори да поддържат постоянно pH, когато към тях се добавят малки количества силна киселина или силна основа, се основава на факта, че един компонентбуферният разтвор може да взаимодейства с H+ добавена киселина, а другата с ОН- добавена основа. В резултат на това буферната система може да обвърже и двете H + и OH - и поддържа постоянна стойност на pH до определена граница. Нека демонстрираме това, използвайки примера на формиатна буферна система, която е спрегната киселинно-основна двойка HCOOH/HCOO- . Равновесието в буферен разтвор на формиат може да бъде представено чрез уравнението:
HCOOH ↔ HCOO - + H +
Когато се добави силна киселина, спрегнатата основа HCOO- свързва добавените йони H+ , превръщайки се в слаба мравчена киселина:
HCOO - + H + ↔ HCOOH
Според принципа на Льо Шателие равновесието се измества наляво.
Когато се добави алкал, протоните на мравчената киселина свързват добавените ОН йони- във водни молекули:
HCOOH + OH - → HCOO - + H 2 O
Според Le Chatelier киселинно-алкалното равновесие се измества надясно.
И в двата случая има малки промени в съотношението HCOOH/HCOO- , но логаритъма на това отношение се променя малко. Следователно pH на разтвора се променя леко.
Същността на буферното действие
Действието на буферните разтвори се основава на факта, че отделните компоненти на буферните смеси свързват водородни или хидроксилни йони на въведените в тях киселини и основи, за да образуват слаби електролити. Например, ако буферен разтвор, съдържащ слабата киселина НАн и сол на тази киселина Kt А n , добавете алкали, тогава ще настъпи реакцията на образуване слаб електролит- вода:
H + + OH → H 2 O
Следователно, ако се добави алкал към буферен разтвор, съдържащ киселина, тогава водородните йони, образувани по време на електролитната дисоциация на киселината HAн , се свързват с хидроксилните йони на добавената основа, образувайки слаб електролит-вода. Вместо консумирани водородни йони, поради последващата дисоциация на киселинната НАн , се появяват нови водородни йони. В резултат на това предишната концентрация на H+ - йоните в буферния разтвор ще бъдат възстановени до първоначалната си стойност.
Ако към определената буферна смес се добави силна киселина, ще настъпи реакцията:
N + + A n - → NA n
тези. A n - - йони, образувани по време на електролитната дисоциация на сол К t A n , комбинирайки се с водородни йони на добавената киселина, образуват молекули на слаба киселина. Следователно концентрацията на водородни йони от добавянето на силна киселина към буферната смес практически няма да се промени. Ефектът на други буферни смеси може да се обясни по подобен начин.
pH стойност в буферни разтвори
Чрез промяна на съотношенията можете да получите буфер
разтвори, характеризиращи се с плавна промяна на pH от техните минимални възможни стойности. Във воден разтвор на слаба киселина
[ H + ] = √K HAn * C HAn
където
pH = − log [ H + ] = − − log K HAn − − log C HAn
Но тъй като K HAn е постоянна стойност, най-добре е да я представим във формата pK HAn тези. индикатор за константата на електролитна дисоциация: pK Han = − log K HAn .
Тогава откриваме, че във воден разтвор на слаба киселина:
рН = − log [Н + ] = − − pK HAn − − pC HAn
Когато слабо киселинна сол се добави към воден разтвор, pH на разтвора ще се промени.
Съгласно уравнението, в разтвор, съдържащ смес от слаба киселина и нейната сол [H+ ] = KHAn
Че
рН = − log [Н + ] = − log K HAn − log C HAn + log C Kt А n .
По подобен начин извеждаме формулата за слаби основи:
[OH] = √K KtOH * C KtOH
pOH = − log [ OH ] = − − log K KtOH − − log C KtOH
Концентрацията на водородни йони също се изразява със следната формула [H+ ] = , следователно
pH = pK w − (− pK KtOH − − log C KtOH )
Според уравнението, в разтвор, съдържащ смес от слаба основа и нейната сол
[H+] =
T . д.
pH = − log [ H + ] = − log K w + log K KtOH − logC Kt A n + log C KtOH.
Няма нужда да запаметявате получената формула за стойностите на рН, тъй като те се извличат много лесно чрез вземане на логаритъм от прости формули, изразяващи стойността на [H+ ].
Буферен капацитет
Способността на буферните разтвори да поддържат постоянна стойност на pH не е неограничена и зависи от качествения състав на буферния разтвор и концентрацията на неговите компоненти. Когато към буферен разтвор се добавят значителни количества силна киселина или основа, се наблюдава забележима промяна в рН. Освен това, за различни буферни смеси, които се различават една от друга по състав, различаващи се една от друга по състав, буферният ефект не е еднакъв. Следователно буферните смеси могат да бъдат разграничени по силата на тяхната устойчивост на действието на киселини и основи, въведени в буферния разтвор в равни количества и определена концентрация. Ограничаващото количество киселина или основа с определена концентрация (в mol/l или g-eq/l), което може да се добави към буферен разтвор, така че стойността му на pH да се промени само с една единица, се нарича буферен капацитет.
Ако стойността [H + ] от един буферен разтвор се променя с добавяне на силна киселина, по-малка от стойността на [H+ ] от друг буферен разтвор при добавяне на същото количество киселина, тогава първата смес има по-голям буферен капацитет. За същия буферен разтвор, колкото по-висока е концентрацията на неговите компоненти, толкова по-голям е буферният капацитет.
Буферни свойства на разтвори на силни киселини и основи.
Разтвори на силни киселини и основи с достатъчно високи концентрации също имат буферен ефект. Конюгираните системи в този случай са H 3 O + /H 2 O за силни киселини и OH- /H 2 O за силни основи. Силните киселини и основи са напълно дисоциирани във водни разтвори и следователно се характеризират с висока концентрация на хидрониеви йониили хидроксилни йони. Следователно добавянето на малки количества силна киселина или силна основа към техните разтвори има само малък ефект върху pH на разтвора.
Приготвяне на буферни разтвори
1. Чрез разреждане на подходящите фиксатори в мерителна колба.
2. Чрез смесване на количествата подходящи спрегнати киселинно-основни двойки, изчислени с помощта на уравнението на Хендерсън-Хаселбах.
3. Частична неутрализация на слаба киселина със силна основа или слаба основа със силна киселина.
Тъй като буферните свойства са много слаби, ако концентрацията на един компонент е 10 пъти или повече различна от концентрацията на другия, буферните разтвори често се приготвят чрез смесване на разтвори с равни концентрации на двата компонента или чрез добавяне към разтвор на един компонент количество реагент, което води до образуването на еднаква концентрация на конюгатната форма. Справочната литература съдържа подробни рецепти за приготвяне на буферни разтвори за различни стойности на pH.
Приложение на буферни разтвори в химичния анализ
Буферните разтвори се използват широко в химичния анализ в случаите, когато според условията на експеримента, химическа реакциятрябва да продължи, като поддържа точна стойност на pH, която не се променя, когато разтворът се разрежда или когато към него се добавят други реагенти. Например по време на окислително-редукционна реакция, по време на утаяване на сулфиди, хидроксиди, карбонати, хромати, фосфати и др.
Ето някои случаи на използването им за целите на анализа:
Ацетатен буферен разтвор (CH3COOH + CH 3 COO Na ; pH = 5) се използва за утаяване на утайки, които не могат да се утаят в кисели или алкални разтвори. Вредното действие на киселините се потиска от натриевия ацетат, който реагира със силна киселина. Например:
HC1 + CH 3 COO N a → CH 3 COOH + Na C1
или в йонна форма
H + + CH 3 COO → CH 3 COOH.
Амонячно-амониев буферен разтвор ( N H 4 OH + N H 4 C1; рН = 9) се използва за утаяване на барий, стронций, калциеви карбонати и тяхното отделяне от магнезиевите йони; по време на утаяване на сулфиди на никел, кобалт, цинк, манган, желязо; както и по време на отделянето на хидроксиди на алуминий, хром, берилий, титан, цирконий, желязо и др.
Форматен буферен разтвор (HCOOH + HCOOн А; pH = 2) се използва за отделяне на цинкови йони, утаени във формата ZnS в присъствието на йони на кобалт, никел, манган, желязо, алуминий и хром.
Фосфатен буферен разтвор ( N a 2 NPO 4 + N aH 2 RO; pH = 8) се използва в много окислително-редукционни реакции.
За успешно използване на буферни смеси за аналитични цели е необходимо да се помни, че не всяка буферна смес е подходяща за анализ. Буферната смес се избира в зависимост от нейното предназначение. Той трябва да отговаря на определен качествен състав и неговите компоненти трябва да присъстват в разтвора в определени количества, тъй като ефектът на буферните смеси зависи от съотношението на концентрациите на техните компоненти.
Горното може да бъде представено под формата на таблица.
Буферни разтвори, използвани при анализа
|
Буферна смес |
Състав на сместа (при моларно съотношение 1:1) |
pH |
|
Форматирайте |
Мравчена киселинаи натриев формиат |
|
|
Бензоат |
Бензоена киселина и амониев бензоат |
|
|
Ацетат |
Оцетна киселина и натриев ацетат |
|
|
Фосфат |
Моно- и ди-натриев фосфат |
|
|
Амоний |
Амониев хидроксид и амониев хлорид |
Смеси от киселинни соли с различно заместване на водород с метал също имат буферен ефект. Например в буферна смес от дихидроген фосфат и натриев хидроген фосфат първата сол играе ролята на слаба киселина, а втората играе ролята на нейна сол.
Чрез промяна на концентрацията на слаба киселина и нейната сол е възможно да се получат буферни разтвори с дадени стойности pH.
Животинските и растителните организми също имат сложни буферни системи, които поддържат постоянно pH на кръвта, лимфата и други течности. Почвата също има буферни свойства, които са склонни да противодействат на външни фактори, които променят рН на почвения разтвор, например, когато киселини или основи се въвеждат в почвата.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Така че буферните решения са решения, които поддържатпостоянна стойност на pH, когато се разреди и се добавят малки количества киселина или основа. Важно свойство на буферните разтвори е способността им да поддържат постоянна стойност на pH при разреждане на разтвора. Разтворите на киселини и основи не могат да се нарекат буферни разтвори, т.к Когато се разреждат с вода, pH на разтвора се променя. Най-ефективните буферни разтвори се приготвят от разтвори на слаба киселина и нейната сол или слаба основа и нейната сол
Буфериращите разтвори могат да се разглеждат като смеси от електролити с еднакви йони. Буферните разтвори играят важна роля в много технологични процеси. Те се използват например при електрохимично нанасяне на защитни покрития, при производството на багрила, кожа и фотографски материали. Буферните разтвори се използват широко в химичния анализ и за калибриране на рН метри.
Много биологични течности са буферни разтвори. Например рН на кръвта в човешкото тяло се поддържа между 7,35 и 7,45; стомашен сок от 1,6 до 1,8; слюнка от 6,35 до 6,85. Компонентите на такива разтвори са карбонати, фосфати и протеини. При бактериологични изследвания, когато се отглеждат бактерии, също е необходимо да се използват буферни разтвори.
БИБЛИОГРАФСКИ СПИСЪК
1. Крешков А.П. Основи аналитична химия. книга 1. - М: Химия, 1965. -498 стр.
2. Цитович И.К. Курс по аналитична химия: Учебник за ВУЗ. - Санкт Петербург: "Лан", 2007 - 496 с.
3. Крешков А.П., Ярославцев А.А. Курс по аналитична химия. книга 1. Качествен анализ - 2-ро издание, преработено. - М.: Химия, 1964 - 432 с.
4. Химия: справочник за гимназисти и кандидати за университети / Изд. Лидия Р.А., Аликберова Л.Ю. - М.: AST-PRESS SCHOOL, 2007. -512s.
5. Осипов Ю.С., Велика руска енциклопедия: в 30 тома Т.4.- М.: Велика руска енциклопедия 2006. - 751 стр.
6. Михайленко Я.И., Въведение в химичния анализ, Госхимтехиздат, 1933г.
За буферна система тип I HA/A, концентрацията на H + йони в разтвора може лесно да се изчисли въз основа на константата на дисоциация на слаба киселина (за простота на представянето, вместо йонни активности в израза за, ще използваме техните концентрации):
NA ⇄ A - + H + ;
Където C (киселина)И C (сол)– моларни концентрации на киселина и сол.
Ако равенството (3) се вземе логаритмично (вземете отрицателния десетичен логаритъм от лявата и дясната страна на уравнението), получаваме:
където индексът "0" означава характеристиките на изходните разтвори на киселина и сол, чрез смесване на които се получава необходимата буферна смес.
За буферна система тип II B/BH +, например амониев, индикаторите за хидроксид и водород се изчисляват с помощта на уравненията:
където е индексът на основната константа на дисоциация.
IN общ изгледУравнението за изчисляване на pH на буферните системи е както следва:
| , | (7) |
и се нарича уравнение Хендерсън-Хаселбах.
От уравнението на Хендерсън-Хаселбах следва, че:
1. Стойността на pH на буферните разтвори зависи от константата на дисоциация на киселината или основата и от съотношението на количествата на компонентите, но практически не зависи от разреждането или концентрацията на разтворите. Наистина, при тези процеси концентрациите на компонентите на буферния разтвор се променят пропорционално, така че тяхното съотношение, което определя стойността на рН на буферния разтвор, остава непроменено.
Ако концентрациите на компонентите на буферните разтвори надвишават 0,1 mol/l, тогава при изчисленията трябва да се вземат предвид коефициентите на активност на системните йони.
2. Индикаторът за константата на дисоциация на слаб електролит определя областта на буферното действие на разтвора, т.е. този диапазон от стойности на рН, в който се запазват буферните свойства на системата. Тъй като буферното действие продължава до изчерпване на 90% от компонента (т.е. неговата концентрация не е намаляла с порядък), площта (зоната) на буферното действие се различава от с 1 единица:
Амфолитите могат да имат няколко зони на буферно действие, всяка от които съответства на съответната константа:
.
По този начин максимално допустимото съотношение на компонентите на разтвора, при което той проявява буферен ефект, е 10:1.
Пример 1.Възможно ли е да се приготви ацетатен буфер с pH = 6,5, ако оцетната киселина е 4,74?
Тъй като буферната зона се определя като 
, за ацетатен буфер е в диапазона на pH от 3,74 до 5,74. Стойността на pH = 6,5 е извън обхвата на действие на ацетатния буфер, следователно такъв буфер не може да бъде приготвен на базата на ацетатната буферна система.
Буферен капацитет.
Възможно е да се добави киселина или основа, без да се променя значително pH на буферния разтвор, само в относително малки количества, тъй като способността на буферните разтвори да поддържат постоянно pH е ограничена.
Стойността, характеризираща способността на буферния разтвор да противодейства на изместването на реакцията на средата при добавяне на киселини и основи, се нарича буферен капацитет (B).Буферният капацитет се отличава с киселина () и основа ().
Буферният капацитет (B) се измерва с количеството киселина или основа (mol или mmol еквивалент), което, когато се добави към 1 литър буферен разтвор, променя pH с единица.
На практика буферният капацитет се определя чрез титруване. За да направите това, определен обем от буферния разтвор се титрува със силна киселина или основа с известна концентрация, докато се достигне точката на еквивалентност. Титруването се извършва в присъствието на киселинно-алкални индикатори, с правейки правилния изборкоито записват състоянието, когато компонентът на буферната система реагира напълно. Въз основа на получените резултати се изчислява стойността на буферния капацитет ( или ):
 | (8) |
 | (9) |
Където С( уау), С( слот) -моларни концентрации на киселинен и алкален еквивалент (mol/l);
V(k-you), V(прорез) -обеми на добавени киселинни или алкални разтвори (l; ml);
V (буфери) -обем на буферния разтвор (l; ml);
pH 0И pH -Стойности на pH на буферния разтвор преди и след титруване с киселина или основа (промяната в pH се приема в абсолютна стойност).
Буферният капацитет се изразява в [mol/l] или [mmol/l].
Буферният капацитет зависи от редица фактори:
1. Колкото по-голямо е абсолютното съдържание на компонентите на двойката основа/конюгирана киселина, толкова по-висок е буферният капацитет на буферния разтвор.
Буферният капацитет зависи от съотношението на компонентите на буферния разтвор и следователно от pH на буфера. Буферният капацитет е максимален при равни количества компоненти на буферната система и намалява при отклонение от това съотношение.
3. При различно съдържание на компоненти, буферният капацитет на разтвора за киселина и основа е различен. По този начин, в буферен разтвор от тип I, колкото по-високо е съдържанието на киселина, толкова по-голям е капацитетът на алкалния буфер и колкото по-високо е съдържанието на сол, толкова по-голям е капацитетът на киселинния буфер. В буферен разтвор тип II, колкото по-голямо е съдържанието на сол, толкова по-голям е капацитетът на алкалния буфер и колкото по-голямо е основното съдържание, толкова по-голям е капацитетът на киселинния буфер.
20. Буферни разтвори, естествени буферни системи. Изчисляване на pH буферни системи, буферен капацитет.
БУФЕРНИ РАЗТВОРИ– разтвори, чиято концентрация на водородни йони (рН) не се променя от добавянето на ограничени количества силна киселина или основа (виж стойността на рН). Б.р. се състои от смес от разтвор на слаба киселина и нейната сол на силна основа или, обратно, слаба основа и нейната сол на силна киселина.
Много естествени течности имат буферни свойства. Пример за това е океанската вода, чиито буферни свойства се дължат до голяма степен на разтворен въглероден диоксид и бикарбонатни йони HCO3–. Източникът на последното, в допълнение към CO2, са огромни количества калциев карбонат под формата на черупки, креда и варовикови утайки в океана. Интересното е, че фотосинтетичната активност на планктона, един от основните доставчици на кислород за атмосферата, води до повишаване на pH на околната среда. Това се случва в съответствие с принципа на Льо Шателие в резултат на промяна в равновесието при абсорбиране на разтворен въглероден диоксид. Когато CO2 се отстрани от разтвора по време на фотосинтезата, равновесието се измества надясно и средата става по-алкална. В телесните клетки хидратацията на CO2 се катализира от ензима карбоанхидраза.
Клетъчната течност и кръвта също са примери за естествени буферни разтвори. И така, кръвта съдържа около 0,025 mol/l въглероден двуокис, а съдържанието му при мъжете е с приблизително 5% по-високо, отколкото при жените. Концентрацията на бикарбонатните йони в кръвта е приблизително същата (има и повече от тях при мъжете).
Изчисляване на pH на буферни системи.
за киселинни буферни системи: pH = pK (киселини) +lg.
За основни буферни системи:
pH = 14 – pK (бази) –lg 
където pK (киселини), pK (основи) е отрицателният десетичен логаритъм на константата на електролитна дисоциация на слаба киселина; слаба основа. От тези уравнения става ясно, че pH на кисела (основна) буферна система зависи от естеството на слабия електролит (pK (киселини) , pK (бази) ) и от съотношението на концентрациите на сол и киселина (основа).
Капацитет на буферен разтвор - способността на разтвора да поддържа постоянна концентрация на определени йони (обикновено се прилага за H + йони).
21. Киселини и основи на Люис.
Дефиницията на Луис. Луис предложи по-общо определение: киселината е вещество, което приема електронна двойка; основата е вещество, което осигурява електронна двойка.
Взаимодействието между киселина и основа, съгласно тази дефиниция, се състои от образуване на ковалентна връзка чрез донорно-акцепторен механизъм:
Въз основа на дефинициите на Люис, всички обичайни лиганди (NH 3, CN -, F -, Cl - и т.н.) могат да се разглеждат като основи, а всички метални йони като киселини. Степента на афинитет на метален йон към лиганд се нарича киселинност на Люис, а тенденцията на лиганда да образува връзки с метален йон се нарича основност на Люис. Силата на киселините и основите на Луис може да варира в зависимост от природата на партньора.
22. Хетерогенни равновесия. Продукт на разтворимост.
Равновесие в хетерогенна система
В една система при определени условия е възможен преход на вещество от една фаза в друга. Признак, че системата също е в равновесие, т.е. няма преминаване на нито един компонент от една фаза в друга, е равенството на специфичните химични потенциали на даден компонент в разглежданите фази.
Един от най-важните закони на хетерогенното равновесие е фазовото правило. Работи с основните понятия компонент, фаза и брой степени на свобода. Първите две концепции са дефинирани по-горе.
Термодинамичните степени на свобода означават независими параметри на системата, които са в термодинамично равновесие, които могат да приемат произволни стойности в определен интервал, а броят на фазите не се променя.
Броят на степените на свобода (променливост на системата) е число, показващо на колко параметри, характеризиращи състоянието на равновесна система, могат да бъдат дадени произволни стойности, без да се променя броят на фазите в системата.
Правило за фазите: В изолирана равновесна система броят на фазите плюс броят на степените на свобода е равен на броя на компонентите плюс 2
Продукт на разтворимост (ДР, K sp) е продуктът на концентрациите на слабо разтворими йони електролитв неговия наситен разтворпри постоянна температура и налягане. Продуктът за разтворимост е постоянна стойност.
Буферният разтвор е химичен реагент с константаpH
Лабораторна стъклария, лабораторно оборудване, инструменти и химически веществатова са четирите основни компонента на всяка съвременна лаборатория, независимо от нейната специализация. В зависимост от предназначението, лабораторните продукти - стъклария, оборудване, инструменти - се изработват от различни материали: пластмаса, порцелан, кварц, боросиликат, лабораторно стъкло и др. Въпросът е само в цена и качество. Химическите реактиви заемат специално място в списъка на лабораторното оборудване - без тях е невъзможно да се извърши дори най-простият анализ, изследване или експеримент.
В лабораторната практика служителите често се сблъскват с химически разтвори, които имат или трябва да имат определена стойност на pH. Именно за тези цели се правят специални буферни разтвори.
Какво е това решение?
Буферните разтвори са химични реагенти с определена стабилна концентрация на водородни йони; сместа е слаба концентрирана киселинаи неговите соли. Тези разтвори практически не променят структурата си, когато се концентрират, разреждат с други химични реагенти или когато към тях се добавят в малки количества силно концентрирани основи или киселини. За да се получи буферен разтвор с различно рН, е необходимо да се промени концентрацията и съотношението на използваните химични разтвори.
Този химичен реагент е в състояние да поддържа определена стойност на pH до определено ниво, в зависимост от конкретното количество агресивни среди, основи и киселини. Всяка буферна смес има определен буферен капацитет - еквивалентното съотношение на елементите алкали и киселина.
За съжаление самите киселини и алкали не могат да бъдат класифицирани като буферни смеси, тъй като когато се разреждат с вода, нивото на рН на тези агресивни среди се променя.
В лабораторната практика е приложима и буферна смес за калибриране. Той е предназначен да регулира точността на инструментите, използвани за определяне на киселинните нива течни вещества– активност в различни среди на водородни йони.
Да работи като в лабораторни условия, а в частната практика се препоръчва използването на буферни смеси с висока стабилност, приготвени в специализирани лаборатории с лабораторна стъклария на специално лабораторно оборудване и инструменти. Независимото приготвяне на този химичен реагент може да се получи с голяма грешка.
От какво се състои буферният разтвор?
Съставът на този химичен реагент включва вода - разтворител и еднакво 
разтворени йони или молекули на вещества, които изграждат киселинно-основна или алкално-киселинна буферна система. Буферна система е взаимодействието на слабо концентрирана киселина с една от нейните соли.
Такива химически реактиви, заедно с модерно лабораторно оборудване и инструменти, са намерили широко приложение в изследванията на аналитичната химия, биологията и микробиологията, генетиката, медицината, фармацевтиката, изследователски центровеи други научни области.
Значение на буферния разтвор за хората
Естествената буферна смес също е много важна за нормалното функциониране на тялото, тъй като помага да се поддържа постоянно ниво на рН на биологичните течности на тъканите, органите, лимфата и кръвта.
Условия за съхранение
Този химикал трябва да се съхранява в херметически затворен контейнер (стъклени или пластмасови бутилки).
Къде да купя лабораторно оборудване Високо качествона достъпна цена?
Изгодно е да купувате химически реактиви, инструменти, оборудване, лабораторна стъклария в Москва в модерен специализиран магазин за химически реактиви Москва на дребно и едро „Prime Chemicals Group“. Именно тук ще намерите широка гама от висококачествени продукти от известни марки на разумни цени. Предлагаме и доставка както в рамките на града, така и в цялата област.
“Прайм Кемикълс Груп” – лабораторно оборудване от ръкавици за преглед до електронни лабораторни везни със знак за качество.
Когато се извършва химичен анализ, често е необходимо да се извърши реакция при постоянна определена стойност pHрешение. В този случай се използват буферни разтвори, които могат да поддържат стойността постоянна за известно време. pHпри добавяне на силни киселини (например HCl), алкали (например NaOH) към разтвора и при разреждане на разтвора. Обикновено буферният разтвор е смес от слаба киселина и нейната сол (киселинна буферна система с pH< 7), слабого основания и его соли (основная буферная система, c pH >7), или смеси от кисели и средни соли.
Нека разгледаме механизма на действие на буфера, използвайки примера на ацетатен буфер.
Основава се на промяна в равновесното положение на реакцията на дисоциация на слаба киселина:
(2)
В присъствието на силен електролит CH3COONa, напълно дисоцииран в разтвор:
равновесието (1) е силно изместено наляво, следователно концентрацията на недисоциираните молекули CH3COOH е почти равна на концентрацията на киселината, а концентрацията на CH3COO йони е равна на концентрацията на солта:
За разреден разтвор константата на дисоциация K d в смес с CH 3 COONa може да се изрази чрез равновесни концентрациикиселини и соли:
, (4)
и след като вземем логаритъм на уравнение (4) получаваме зависимостта pHвърху концентрацията на сол и киселина.
(5)
= –lg Кд.
За оцетната киселина стойността е тогава 
Буфериращият ефект на ацетатен буферен разтвор се дължи на факта, че когато към този разтвор се добави силна киселина (например HCl), излишните водородни йони, които възникват в разтвора в резултат на дисоциацията на силната киселина
се свързва с аниона на слаба (слабо дисоциираща) оцетна киселина , Така
Когато се добави алкал (например NaOH), хидроксидните йони OH - се неутрализират от оцетна киселина, за да се образува слаб електролит - вода в резултат на реакцията на неутрализация:
И в двата случая концентрацията на водородни и хидроксидни йони в разтвора практически не се променя, тоест първоначалната стойност се запазва pH.
Амонячен буферен разтвор е смес от амониев хидроксид и амониев хлорид. За амонячен буфер зависимостта на pH се определя от уравнение (6):
(6)
Тогава за амониевия хидроксид 
.
Когато към такъв разтвор се добави киселина или основа, водородните йони се неутрализират или хидроксидните йони се свързват в слаб електролит - амониев хидроксид (От модерни идеи– в амониев хидрат ):
Стойността се запазва pHначален разтвор.
Когато се разреждат с вода, буферните системи остават постоянни pHпоради запазването на равновесието между киселината и спрегнатата основа, което се определя от постоянството на константата на дисоциация на слаба киселина или слаба основа.
От уравненията следва, че pHбуферът няма да се промени при разреждане. Въпреки това, значително намаляване на концентрацията на буферния разтвор ще доведе до повишаване на степента на дисоциация на слабия електролит съгласно (2), следователно pHбуферът ще се промени със силно разреждане.
Буферните системи се характеризират с два параметъра:
1. Значението на това, което създават тези решения pH;
Значение pHв буферни системи се определя от стойността на константата на дисоциация на слаба киселина или слаба основа: в киселинни буферни системи (слаба киселина + нейната сол) - от съотношението на концентрацията на слаба киселина СЪСкиселото и неговите соли СЪСсол; в основни буферни системи (слаба основа + нейната сол) – чрез съотношението на концентрацията на слабата основа СЪСосновен и неговите соли СЪСсол.
2. Буферен капацитет.
Буферният ефект на различни по състав буферни смеси не е еднакъв. Важна величина, която характеризира способността на буферната система да противодейства на промените в реакцията на околната среда (т.е. промените в нейните pH) при добавяне на киселини или основи е буферният капацитет на системата.
Буферен капацитетразтвор е броят молове киселина или основа, които, когато се добавят към един литър (1 dm3) буферен разтвор, го променят pHза единица.
Буферният капацитет може да се определи експериментално или да се изчисли.
Способността на буферните системи да поддържат постоянна стойност pHне е неограничен, зависи от качествения състав на системата и концентрацията на компонентите. Когато към буферната система се добавят значителни количества силна киселина или силна основа, се наблюдава забележима промяна pH.
Буферният капацитет на системата за киселина или основа се изчислява по формулата:
Където СЪСИ V– концентрация и обем на добавената киселина или основа към буферен разтвор с обем Vбуфер, – промяна pHслед добавяне на киселина или основа.
