Буферні розчини

 

Якщо для розчину характерна властивість зберігати значення будь-якої рівноважної концентрації (активності) при його розведенні або додаванні до нього інших реактивів, то такий розчин називають буферним відносно цього компонента або показника, який розраховують через рівноважну концентрацію (активність) компонента. Відомі буферні розчини рН (pH = -lg[H⁺]), pM (pM = -lg[M^μ+]), pe^- (pe = -lg[e^-] = f([Ox]/[Red]). Останні з названих підтримують значення окислювально-відновного потенціалу який є мірою рівноважної концентрації (активності) незв’язаних електронів.

Біологічні системи проявляють буферні властивості відносно рН і ре^-.

властивість протидіяти змінам зовні називають буферністю. Буферність вимірюють буферною ємністю. Наприклад, для буферних розчинів рН буферну ємність розраховують за рівнянням:

w = DC(H⁺)/DpH = (при (DС"0)) = dC(H⁺)/dpH. Класичне визначення – це концентрація сильної кислоти (або лугу), додавання яких змінює рН на ±1,0. Буферний розчин рН містить два компоненти, що перетворюються один в одного, приєднуючи або втрачаючи протон. Для розчину слабкої кислоти й її солі (наприклад, оцтової) справджується константа дисоціації:

CH₃COOH D CH₃COO^- + H⁺ K_a =.

Після логарифмування маємо: pH = pK_a +lg .

Значення водневого показника такого розчину визначається значенням константи дисоціації та співвідношенням рівноважних концентрацій кислоти та її аніону. При введенні в розчин слабкої кислоти та солі цієї ж кислоти рівноважні концентрації кислоти й аніона відрізняються від введених на незначну величину. Якщо змінювати співвідношення концентрацій від 1:100 до 100:1 можна змінювати рН розчину від рК_а – 2 до рК_а + 2. Саме в цьому діапазоні (рК_а ± 2) на практиці готують буферні розчини рН.

Наприклад: нижченаведені значення рК_а слабких кислот:

рК_а(CH₃COOH D CH₃COO^- + H⁺) = 4,76;

рК_а(NH₄⁺ D NH₃+ H⁺ ) = 9,24;

рК_а1(H₃PO₄ D H₂PO₄^- + H⁺) = 2,15;

рК_а2(H₂PO₄^- D HPO₄^2- + H⁺) = 7,20;

рК_а2(HPO₄^2- D PO₄^3- + H⁺) = 12,35.

Обчислимо діапазони рН, в яких можна приготувати відповідні буферні розчини. Оцтово-ацетатні буферні розчини можна приготувати в діапазоні рН = 4,76 ± 2 = 2,76 – 6,76. Амонійно-аміакові буферні розчини готують у діапазоні рН = 9,24 ± 2 = 7,24 – – 11,246. А фосфатні буферні розчини можна приготувати в діапазонах рН = pK_a1 ± 2 = 0,15 – 4,15; рН = pK_a2 ± 2 = 5,2 – 9,2; рН = pK_a3 ± 2 = 10,35 – 14.

Слід звернути увагу на те, що в сильнокислому (рН ≤ 2) та сильнолужному (рН ≥ 12) середовищах на практиці розчини слабких кислот не використовують. При необхідності такі середовища створюють розчинами сильних кислот та сильних основ (лугів).