Розрахунки рН буферних розчинів.

Розглянемо кілька прикладів.

Приклад 1. Визначити рН буферного розчину, який приготували змішуванням розчинів: 55 мл оцтової килоти (с₀(HAc) = 0,15 моль/л) та 120 мл розчину ацетату натрію (c₀(NaAc) = 0,22 моль/л).

Розв’язання. Обчислимо загальні концентрації в розчині.

с(HAc) = c₀(HAc)·V(HAc) / ( V(HAc) + V(naAc)) = = 0,15·0,055/(0,055 + 0,120) = 0,0471 моль/л.

с(СН₃COONa) = c₀(NaAc)·V(NaAc) / ( V(HAc) + V(naAc)) = = 0,22·0,120/(0,055 + 0,120) = 0,1509 моль/л.

Скористаємося схемою М. П. Комаря.

CH₃COOH D CH₃COO^- + H⁺ lgK_а = 4,76

с 0,0471 0,1509

Δс -х х х

[ ] 0,0471 − x 0,1509 + x x

Зробимо підстановку в рівняння константи ЗДМ

-lgх = pH = pK_a +lg = 4,76 + lg.

Приймаючи умови 0,0471 >>x, 0,1509>>x маємо: рН = 5,27.

Умови справджуються 0,0471 >>10^-5,27 0,1509>>10^-5,27 . Значить розвязання вірне.

Відповідь: рН = 5,27.

Приклад 2. Визначити рН буферного розчину, який приготували змішуванням розчинів: 75 мл гідрокарбонату натрію (с₀(NaHCO₃) = 0,12 моль/л) та 60 мл розчину карбонату натрію (c₀(Na₂CO₃) = 0,03 моль/л).

Розв’язання. У розчині співіснують іони HCO₃^- та СO₃^2-. Ці два іони співіснують в другій ступінчастій рівновазі дисоціації вугільної кислоти:

HCO₃^- D СO₃^2- + H⁺ рK_а2 = 10,33;

с 0,12·0,0750,03·0,06

0,075+0,06 0,075+0,06

Δс -х х х

[ ] 0,12·0,075 _{- x} 0,03·0,06 _{+ x x}

0,075+0,06 0,075+0,06

 

Приймаючи умови x << 0,12·0,075 та x<<0,03·0,06, виражаємо значення –lg x з константи рівноваги

-lgх = pH = pK_a2 + lg= 10,33 + lg = 9,63.

Відповідь: рН = 9,63.

Звертаємо увагу, що добуток концентрації на об’єм розчину можна замінити на кількість речовини (n). При цьому рН буферного розчину залежить від співвідношення кількостей речовини іонів, що утворюють буферну систему (n_HA / n_A-) і не залежить від об’єму розчину, в якому вони знаходяться. Саме тому розведення буферного розчину водою не змінює (значимо) його рН.