Кислотно-основные буферные системы

В 0.001 М растворе HCl концентрация ионов водорода С_Н⁺ =10^–3 моль× л^-1, рН = 3. При разбавлении этого раствора в 10 раз концентрация Н⁺ также уменьшится в 10 раз и станет равной 10^–4 моль× л^-1, тогда рН = 4. При добавлении к исходному раствору HCl более концентрированного раствора этой кислоты, например, равного объема 0.2 М раствора HCl, концентрация Н⁺ во вновь полученном растворе увеличится:

, рН » 1.

При добавлении к 0.001 М раствору HCl эквивалентного количества NaOH полученная смесь станет нейтральной, а значение С(Н ⁺) изменится до 10^–7 моль× л^-1 (рН = 7).

Следовательно, если к разбавленным растворам сильных кислот или оснований добавлять воду, кислоту или щелочь, то происходит изменение концентраций (активностей) ионов Н ⁺ и ОН ^–, а значит, и значений рН и рОН. Однако, в смесях водных растворов слабых кислот и их солей, а также в смесях слабых оснований и их солей концентрации ионов водорода и гидроксила зависят не от абсолютных количеств, а от соотношения концентраций кислоты или основания и их солей. Это означает, что С(Н⁺) в таких смесях не зависит от их разбавления. В самом деле, если подобную смесь разбавить в 10 раз, то в 10 раз уменьшатся концентрации компонентов смеси, а соотношение концентраций кислоты или основания и их солей не изменится, и значение С(Н⁺) а значит, и рН смеси останется постоянным. Свойство некоторых систем (жидких смесей) сохранять неизменной концентрацию ионов водорода при разбавлении, а также при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или щелочей, называется буферным действием, а системы, оказывающие буферное действие, называются буферными.

Буферные системы можно рассматривать как смеси электролитов, имеющих одноименные ионы, при этом присутствие в системе слабой кислоты или слабого основания и их солей уменьшает влияние разбавления или действие других кислот и оснований на рН раствора.

Все существующие буферные системы можно разделить на 4 типа:

Слабая кислота и ее анион (ацетатная буферная система CH₃COOH+ CH₃COONa).

Слабое основание и его катион (аммиачная буферная система NH₃ /NH⁴⁺ в водном растворе NH₃ и NH₄Cl). Растворение аммиака в воде можно представить схемой:

NH₃ + H₂O ® NH₃ × H₂O ↔ NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH ^-,

поэтому водный раствор аммиака обладает свойствами слабого основания и одновременно содержит молекулярные частицы NH₃ и NH₄OH, ионы NH₄⁺ и OH ^-.↔

Анионы кислой и средней соли или двух кислых солей (карбонатная Na₂CO₃ + NaHCO₃ или фосфатная Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄ буферные системы).

Ионы и молекулы амфолитов (аминокислотные и белковые буферные системы).