Буферная система, содержащая слабое основание и его соль

Рассмотрим равновесие в аммонийной буферной смеси — в водном растворе аммиака и хлорида аммония NH3-H20 + NH4C1.

Хлорид аммония как сильный электролит распадается на ионы полностью:

Аммиак в водном растворе — слабое основание и диссоциирует лишь в незначительной степени:

Если к аммонийной буферной смеси прибавить небольшое количество сильной кислоты, то ионы водорода этой кислоты связываются с гидроксидными группами, образующимися при ионизации аммиака. Уменьшение гидроксидных групп компенсируется за счет дальнейшей ионизации водного аммиака. В итоге pH буферной смеси практически не изменяется.

Если к аммонийному буферному раствору прибавить небольшое количество щелочи, то гидроксидные группы щелочи связываются катионами аммония с образованием практически не диссоциирующего в данных условиях аммиака:

Поэтому pH раствора практически не изменяется.

Рассчитаем pH аммонийного буферного раствора.

Концентрационная константа (константа основности К0) равновесия NH3 + Н20 = NH3 • Н20 = NH| + ОН- равна

При незначительной степени ионизации (а = 0,013) равновесная концентрация аммиака [NH3-H20] практически равна его исходной концентрации с0, равновесная концентрация [NH^] приближенно равна исходной концентрации хлорида аммония сс: [NH320]~с0; [NH|]« сс.

Концентрация [ОН-] равна

После логарифмирования и умножения на -1 получаем уравнение (4.56) в виде

Вводим показатели: -lg[OH] = рОН; -lgK0 = рК0 и преобразуем уравнение (4.57):

С учетом соотношения (4.17) имеем

где рК0 — показатель константы основности слабого однокислотного основания; с0 и сс — соответственно исходные концентрации слабого основания и его соли, моль/л.

Уравнение (4.59) применяют для расчета pH буферной смеси, содержащей слабое однокислотное основание и его соль.

Буферная емкость. Применение буферных систем в анализе

Способность буферных растворов противодействовать изменению pH при прибавлении к ним кислоты или щелочи является ограниченной и характеризуется буферной емкостью.

Буферная емкость (|3) — количество вещества эквивалентов сильного основания или сильной кислоты, прибавление которого к 1 л буферного раствора вызывает изменение pH на единицу.

Буферная емкость зависит от концентрации компонентов буферной смеси и отношения между этими концентрациями. Разведение заметно не влияет на изменение pH, но сильно отражается на буферной емкости.

Буферную емкость приближенно рассчитывают по уравнению

где с — концентрация сильной кислоты или основания, моль/л; V — объем добавленной кислоты или основания, л; рН0 и рН: — водородные показатели до и после добавления сильной кислоты или основания; V6 — объем буферного раствора, л.

Для более точного расчета учитывают концентрации компонентов буферной смеси, константы диссоциации кислоты или основания (см. уравнение (4.61).

Буферные смеси играют большую роль в регулировании жизнедеятельности организмов, в которых должно сохраняться постоянство pH крови, лимфы и других жидкостей. Например, в крови человека с помощью соответствующих буферных систем поддерживается постоянное значение pH, приблизительно равное 7,4.

В качественном и количественном анализе буферные системы применяют, когда необходимо поддерживать постоянное значение pH среды. Например, при комплексонометрическом определении катионов некоторых металлов (Mg2+, Са2+, РЬ2+ и др.) применяют аммонийную буферную смесь.

Ацетатный буферный раствор используют при отделении Ва2+ от Са2+ и Sr2+ с помощью дихромат-ионов Cr2Oj~, применяют при определении катионов Ni2+ с помощью диметилглиоксима (реактива Чугаева).

В формиатном буферном растворе можно осаждать Zn2+ сероводородом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >