Механизм действия буферных растворов

Буферные растворы - это растворы, имеющие постоянную определенную концентрацию ионов водорода. рН этих растворов не меняется при разбавлении и мало меняется при добавлении небольших количеств кислот и щелочей. Буферные растворы состоят из растворов слабой кислоты и ее соли с сильным основанием или из раствора слабого основания и его соли с сильной кислотой. Рассмотрим оба возможных случая.

I. Раствор слабой кислоты НА, концентрация - Скисл, и ее соли, сильного основания ВА, концентрация Ссоли. Например, ацетатный буфер - раствор уксусной кислоты и ацетата натрия

CH3COOH + CH3COONa.

В общем случае имеем смесь: НА + ВА

HАН+ + А- (a<<1)

ВАВ+ + А- (a=1).

Поскольку НА - слабый, а ВА - сильный электролит, имеем [HA] = Cкисл. и [A-] = Ссоли.

Подставим найденные значения и выражение для константы диссоциации кислоты НА:

Ккисл = [H+] = Ккисл×Скисл /Ссоли.

рН = рКкисл + lg(Ссоли/Скисл).

Например, в случае ацетатного буферного раствора

(рКСН3СООН = 4,75) его рН будет равна 4,75, если Ссоли = Скислоты. Очевидно, что при разбавлении концентрации соли и кислоты будут уменьшаться одинаково, а соотношение Ссоли / Скислоты и рН не будут меняться.

II. Раствор слабого основания ВОН, концентрация - Сосн и его соли сильной кислоты ВА, концентрации Ссоли. Например, аммиачный буфер - раствор гидроксида аммония и хлорида аммония NH4OH + NH4Cl. В общем случае имеем: ВОН + ВА:

ВОHВ+ + ОН- (a<<1)

ВАВ+ + А- (a=1).

Поскольку ВОН - слабый, а ВА - сильный электролит, имеем [ВОH] = Cосн. и [В+] = Ссоли. Подставим эти значения в выражения для константы диссоциации основания ВОН.

Косн = [OH-] = Косн×Сосн /Ссоли.

рОН = рКосн + lg(Ссоли/Сосн), рН = 14 - рКосн + lg(Ссоли/Сосн).

Например, в случае аммиачного буферного раствора

рК (NH4OH) = 4,75 и Сосн = Ссоли, имеем рН = 14 - 4,75 = 9,25.

Из приведенной формулы видно, что в этом случае рН не зависит от разбавления, так как отношение Ссоли /Скисл остается при этом неизменным.