Механизм действия буферных растворов
Механизм связывания Н+ и ОН- на примере ацетатного буфера (I типа). СН3СООН СН3СООNa а) при добавлении в ацетатный буфер сильной кислоты HCl СН3СООNa + HCl = СН3СООН + NaCl молекулярное уравнение сильные электролиты СН3СОО- + Na+ + H+ + Cl- = СН3СООН + Na+ + Cl- полное ионное уравнение СН3СОО- + H+ = СН3СООН краткое ионное уравнение Слабый электролит, не диссоциирует на ионы ВЫВОД. Дополнительные ионы H+ связались с образованием слабого электролита – уксусной кислоты СН3СООН. В результате рН раствора не изменился. б) при добавлении в ацетатный буфер сильного основания NaOH СН3СООH + NaOH = СН3СООNa + H2О молекулярное уравнение слабый электролит слабый электролит СН3СООH + Na+ + OH- = СН3СОО- + Na+ + H2О полное ионное уравнение
СН3СООH + OH- = СН3СОО- + H2О краткое ионное уравнение Слабый электролит, не диссоциирует на ионы ВЫВОД. Дополнительные ионы ОH- связались с образованием слабого электролита - H2О. В результате рН раствора не изменился.
Механизм связывания Н+ и ОН- на примере буферной системы II типа. NH4OH NH4Cl а) при добавлении в аммонийный буфер сильной кислоты HCl NH4OH + HCl = NH4Cl + H2О молекулярное уравнение слабый электролит NH4OH + H+ + Cl- = NH4+ + Cl- + H2О полное ионное уравнение Слабый эл-т NH4OH + H+ = NH4+ + H2О краткое ионное уравнение Слабый эл-т, не диссоциирует на ионы ВЫВОД. Дополнительные ионы H+ связались с образованием слабого электролита - H2О. В результате рН раствора не изменился. б) При добавлении в аммонийный буфер (II тип) сильного основания NaOH
NH4Cl + NaOH = NH4OH + NaCl молекулярное уравнение Слабый электролит NH4+ + Cl- + Na+ + OH- = NH4OH + Na+ + Cl- полное ионное уравнение NH4+ + OH- = NH4OH краткое ионное уравнение Слабый эл-т, не диссоциирует на ионы ВЫВОД. Дополнительные ионы ОH- связались с образованием слабого электролита - NH4OH. В результате рН раствора не изменился. Буферные системы широко используют при проведении лабораторных исследований, а также как средство для хранения клеток тканей. Буферные растворы с правильно подобранным составом можно использовать для коррекции ацидоза и алкалоза у больных. Для этих целей буферные системы специально готовят, предварительно рассчитывая их состав так, чтобы рН системы соответствовала целям использования. Это делают с помощью уравнений Гендерсона-Гассельбаха для буферов I и II типа. Уравнение Гендерсона – Гассельбаха для буферных растворов I типа на примере ацетатного буфера. СН3СООNa= Na+ + СН3СОО- Сильный эл-т C cоли
Слабый электролит Ацетат анион СН3СОО- сильного электролита (СН3СООNa) почти полностью подавляет диссоциацию слабого электролита СН3СООH по принципу Ле Шателье. [СН3СООNa] – концентрация соли Ccоли [СН3СООH] – Cкислоты [СН3СОО-] - Сa, но так как диссоциация СН3СООHполностью подавляется, то [ СН3СОО- ] - Ccоли Выразим константу диссоциации для слабой кислоты: Ка = [СН3СОО-] × [Н+] или Ка = Ccоли × [Н+] [СН3СООH]Cкислоты тогда [Н+] = Ка × Cкислоты Ccоли Прологарифмируем уравнение, взяв левую и правую часть уравнения с обратным знаком: -lg[Н+] = -lgКа -lg Cкислоты Ccоли -lg[Н+] = pH -lgКа = pKa Уравнение Гендерсона – Гассельбаха для буферных растворов первого типа рH = pKa - lg Cкислоты Ccоли или рH = pKa + lg Cсоли Cкислоты На примере аммонийного буфера выведем уравнение Гендерсона – Гассельбаха для буфера второго типа: NH4Cl = Cl- + NH4+ Сильный эл-т Ccоли
NH4OH = OH- + NH4+ Слабый эл-т Катион NH4+ сильного электролита NH4Clпочти полностью подавляет диссоциацию слабого электролита NH4OHпо принципу Ле Шателье. [NH4Cl] - Ccоли [NH4OH] – Cоснования [ NH4+ ] - Сa, но так как диссоциация NH4OH полностью подавляется, то [ NH4+ ] - Ccоли Выразим константу диссоциации для слабого основания: Кb = [OH- ]× [ NH4+] или Кb = Ccоли × [ OH-] [NH4OH]Cоснования
тогда [OH-] = Кb × Cосн. Ccоли Прологарифмируем уравнение, взяв левую и правую часть уравнения с обратным знаком: -lg[OH-] = -lgКb -lg Cосн. Ccоли -lg[OH-] = pОH -lgКb = pKb pОH + рH = 14 рH = 14 – pОH(pKb -lg СCосн.) Ccоли Уравнение Гендерсона – Гассельбаха для буферных растворов первого типа рH = 14 - pKb + lg Cосн. Ccоли Буферная емкость (β) – это способность данной буферной системы нейтрализовать максимальное количество кислоты или основания. Буферная емкость максимальна, если рНбуфера= рКа (или рКb), т.е. lg [основание]/[соль]= 0 или lg[кислота]/[соль]=0; lg1=0, поэтому буферная емкость максимальна при равном количестве компонентов в буфере. Буферная емкость измеряется числом моль-эквивалентов сильной кислоты или сильного основания, которые нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на 1 единицу.
Сэ – молярная концентрация DрН - изменениерН буферного раствора
|
