Влияние разбавления на рН буферных

Буферные растворы

Часто во время экспериментальных исследований в химии, биологии, медицине, в промышленном производстве возникает потребность обеспечить постоянство рН среды, поскольку в результате хода химических реакций могут образовываться или расходоваться ионы водорода. Чтобы процесс происходил при постоянном значении рН, в раствор вводят буферные системы, которые поддерживают рН среды практически неизменным.

Физиологичные жидкости организма характеризуются постоянным значением рН. Это достигается как посредством физиологических (при участии таких органов, как почки, печенка, легкие, кишки), так и физико-химических механизмов (благодаря действию буферных систем).

Буферными системами называют растворы, которые способны сохранять постоянную концентрацию ионов водорода, то есть значение рН среды, при добавлении к ним небольшого количества растворов кислот или щелочи, или при разбавлении их.

Типы буферных систем. К буферным системам принадлежат смеси, которые содержат:

· Слабую кислоту и соль этой кислоты, образованную сильным основанием, например CH3COOH + CH3COONa (ацетатный буфер), H2CO3 + NaHCO3 (гидрокарбонатный буфер);

· Слабое основание и соль этого основания, образованную сильной кислотой, например NH4OH + NH4Cl (аммонийный буфер);

· Соли многоосновных кислот, например NaH2PO4 + Na2HPO4 (фосфатный буферный раствор), Na2CO3 + NaHCO3 (карбонатный буфер);

· Сильную или слабую кислоту (кислотный компонент) и глицин или щелочь (основной компонент), например, HCl + NH2CH2COOH (диапазон рН 1,0 – 3,7), NH2CH2COOH + NaОН (диапазон рН 8,2 – 10,1, лимонная кислота + щелочь (диапазон рН 2,2 – 6,5).

Выбор буферных растворов определяется необходимым диапазоном рН, который зависит от констант диссоциации кислоты (основания) и соотношения компонентов буферной системы. В зависимости от диапазона рН, буферные системы разделяют на две группы – кислотные и основные.

Выясним, на чем базируется буферное действие, то есть способность буферных систем поддерживать на определенном уровне значения рН.

Ацетатно-буферный раствор (диапазон рН 3,7 – 5,6).

Механизм буферного действия ацетатного буферного раствора на основе теории электролитической диссоциации объясняют так.

За счет частичной диссоциации кислоты и полной диссоциации соли в растворе будут находиться одновременно ионы CH3COO¯, Н+ и Na+:

CH3COOH ⇄ CH3COO¯+ Н+;

CH3COONa ⇄ CH3COO¯ + Na+.

Если к нему добавить сильную кислоту, то ионы водорода будут реагировать с анионами соли, образовывая слабую ацетатную кислоту:

CH3COO¯ + Н+ ⇄ CH3COOH (рКд = 4,75).

Как видно из приведенного уравнения, сильная кислота изменяется эквивалентным количеством слабой, причем при наличии одноименных ионов (то есть ацетат-ионов CH3COO¯) равновесие процесса диссоциации кислоты смещается влево.

При добавлении к этой буферной смеси раствора щелочи гидроксид-ионы будут взаимодействовать с ионами Н+ ацетатной кислоты с образованием малодисоциированных молекул воды:

CH3COOH + ОН¯ ⇄ CH3COO¯ + Н2О.

Рассмотрим равновесные процессы в аммонийном буферном растворе, который принадлежит к основным буферным системам.

Аммонийный буферный раствор (диапазон рН8,4 – 10,3) состоит из слабого основания NH4OH, которое в растворе диссоциирует частично, и соли NH4Cl– диссоциировавшей полностью:

NH4OH ⇄ NH4 ⁺ + OH¯;

NH4Cl ⇄ NH4 ⁺ + Cl¯

Механизм буферного действия аммонийной буферной системы объясняют тем, что при добавке кислоты она будет связываться с аммиаком, который в водном растворе существует в равновесии с катионами аммония:

NH3 + HCl = NH4Cl;

NH3 + НОН ⇄ NH4 ⁺ OH¯.

При добавлении щелочи ионы ОН¯ провзаимодействуют с катионами аммония, в результате чего вместо сильного основания образуется эквивалентное количество слабого основания NH4OH. Следовательно, в обоих случаях значения рН буферного раствора изменяется в незначительной мере.

Гидрогенкорбонатный буферный раствор (диапазон рН 6,0 – 8,0) является составной частью буферных систем организма. Он содержит смесь слабой угольной кислоты H2CO3 и ее кислой соли натрий гидрокарбоната NaHCO3. Химическое равновесие между кислотой и солью в этой буферной системе выражают уравнением:

H2CO3 ⇄ Н⁺+ HCO3 ¯.

Карбонатный буферный раствор – это смесь растворов двух солей карбонатной кислоты – гидрокарбоната и карбоната натрия NaHCO3 + Na2CO3. Первая соль в этой буферной системе выполняет функцию „кислоты”, поскольку диссоциирует с отщеплением иона водорода. А натрий карбонат (средняя, или нормальная соль) в буферной смеси выполняет функцию „соли”.

Фосфатная буферная система (диапазон рН 5,9 – 8,0) состоит из растворов двух кислых солей фосфорной кислоты – дегидрофосфата натрия NaH2PO4 (в буферной смеси выполняет роль „кислоты”) и гидрофосфата Na2HPO4 (выполняет функцию _„соли”).

Отметим, что фосфатный буфер – один из важных буферных растворов, что действует в биологических системах.

Влияние разбавления на рН буферных

Дата добавления: 2015-07-10