Реферат: Кислотно-основные буферные системы и растворы

Таким образом, и этот тип буферных систем может быть отнесен соответственно к буферным системам 1-го и 2-го типов.

Механизм буферного действия можно понять на примере ацетатной буферной системы СН₃ СОО^- /СН₃ СООН, в основе действия которой лежит кислотно-основное равновесие:

СН₃ СООН Û СН₃ СОО^- + Н⁺ ;(рК_а = 4, 8)

Главный источник ацетат-ионов – сильный электролит СН₃ СООNa:

СН₃ СООNa® СН₃ СОО^- + Na⁺

При добавлении сильной кислоты сопряженное основание СН₃ СОО^- связывает добавочные ионы Н⁺ , превращаясь в слабую уксусную кислоту:

СН₃ СОО^- + Н⁺ ÛСН₃ СООН

(кислотно-основное равновесие смещается влево, по Ле Шателье)

Уменьшение концентрации анионов СН₃ СОО^- точно уравновешивается повышение концентрации молекул СН₃ СООН. В результате происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительно изменяется рН.

При добавлении щелочи протоны уксусной кислоты (резервная кислотность) высвобождаются и нейтрализуются добавочные ионы ОН^- , связывая их в молекулы воды:

СН₃ СООН + ОН^- Û СН₃ СОО^- + Н₂ О

(кислотно-основное равновесие смещается вправо, по Ле Шателье)

В этом случае также происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительное изменение рН. Уменьшение концентрации слабой кислоты СН₃ СООН точно уравновешивается повышение концентрации анионов СН₃ СОО^- .

Аналогичен механизм действия и других буферных систем. Например, для белкового буферного раствора, образованного кислой и солевой формами белка, при добавлении сильной кислоты ионы Н⁺ связываются солевой формой белка:

СОО^- СООН

R – СН + Н⁺ ®R – СН

N⁺ Н₃ N⁺ Н₃

Количество слабой кислоты при это незначительно увеличивается, а солевой формы белка – эквивалентно уменьшается. Поэтому рН остается практически постоянным.

При добавлении щелочи к этому буферному раствору ионы Н⁺ , связанные в "белке – кислоте", высвобождаются и нейтрализуют добавленные ионы ОН^- :

СООН СОО^-

R – СН + ОН^- ®R – СН + Н₂ О

N⁺ Н₃ NН₂

Количество солевой формы белка при этом незначительно увеличивается, а "белка – кислоты" – эквивалентно уменьшается. И поэтому рН практически не изменится.

Таким образом, рассмотренные системы показывают, что буферное действие раствора обусловлено смещением кислотно-основного равновесия за счет связывания добавляемых в раствор ионов Н⁺ и ОН^- в результате реакции этих ионов и компонентов буферной системы с образованием малодиссоциированных продуктов.

В основе расчета рН буферных систем лежит закон действующих масс для кислотно-основного равновесия.

Для буферной системы 1-го типа, например, ацетатной, концентрацию ионов Н⁺ в растворе легко вычислит, исходя из константы кислотно-основного равновесия уксусной кислоты:

СН₃ СООН Û СН₃ СОО^- + Н⁺ ;(рК_а = 4, 8)

Ка =	[ Н+ ][ СН3 СОО- ]	(1)
	[ СН3 СООН]

Из уравнения (1) следует, что концентрация водород-ионов равна

[ Н+ ] = Ка	[ СН3 СООН ]	(2)
	[ СН3 СОО- ]

В присутствии второго компонента буферного раствора – сильного электролита СН₃ СООNa кислотно-основное равновесие уксусной кислоты СН₃ СООН сдвинуто влево (принцип Ле Шателье). Поэтому концентрация недиссоциированных молекул СН₃ СООН практически равна концентрации кислоты, а концентрация ионов СН₃ СОО^- - концентрации соли. В таком случае уравнение (2) принимает следующий вид:

[ Н+ ] = Ка	с (кислота)	(3)
	с (соль)