Механизм буферного действия

Действие буферных систем основано на том, что компоненты буферных смесей связывают ионы водорода или гидроксила вводимых в них кислот или оснований с образованием слабых электролитов. Например, если добавить сильное основание к буферной системе, содержащей слабую кислоту HАn и соль этой кислоты KtAn, то образуется слабый электролит – вода.

Убыль ионов водорода сдвигает равновесие реакции диссоциации слабой кислоты в сторону образования ионов, дополнительная диссоциация слабой кислоты HАn скомпенсирует убыль ионов водорода, и в результате концентрация ионов С_Н ⁺ в буферной системе сохранится на прежнем уровне или незначительно изменится.

Если к буферной смеси (H_Аn + Kt_An) добавить сильную кислоту, произойдет реакция образования молекулы слабой кислоты:

Относительное уменьшение концентрации ионов водорода будет при этом невелико, поскольку и первоначальная концентрация этих ионов мала из-за малой степени диссоциации слабой кислоты. Подобным образом можно объяснить и действие других буферных систем.

Если компонентами буферной системы являются слабая кислота и хорошо диссоциирующая соль этой кислоты, значение рН такой буферной системы можно рассчитать по уравнениям:

С_Н ⁺=К _А *(С_кисл /С_соли )

pH= -lgK_A - lg(C_{кислоты} /C_соли) , или

, 2.18

где – константа диссоциации слабой кислоты. Если в буферной системе = , то численно = С_Н+. Например, при 25^оС для уксусной кислоты K_A= 1.8 ×10^-5, тогда при равных концентрациях кислоты и соли С_Н⁺=1.8 ×10^-5, и рН = - lg СН ⁺ » - (0.26 - 5) = 4.74.

Если буферная смесь состоит из 18 мл 0.1 М раствора уксусной кислоты и 2 мл 0.1 М раствора ацетата натрия, согласно (II.18)

С_Н+= =1.62 ×10^-4, и рН » - (0.21 - 4) = 3.79.

Основные буферные растворы содержат слабое основание (акцептор протонов) и соль этого основания (донор протонов). Для аммиачной буферной системы (водный раствор аммиака NH₃*H₂O + NH₄Cl ).

pH = 14 + lg K_B + lg (Cоснов./C_соли ) 2.19

где рК_В – величина, численно равная отрицательному логарифму константы диссоциации К_В слабого основания. Из уравнений (2.18) и (2.19) следует, что рН буферной системы не зависит от разбавления водой, а определяется константой диссоциации слабой кислоты или слабого основания и отношением концентраций соль/кислота или соль/основание.