Для поддерживания определенной величины рН в исследуемом растворе пользуются буферными системами.
Способность буферных систем поддерживать постоянство рН при добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или сильного основания основана на том, что одна составная часть буферной системы может взаимодействовать с ионами Н+ кислоты, а другая — с ионами ОН- прибавляемого основания. Вследствие этого буферная система может связывать как Н+, так и ОН- ионы приливаемых кислот и оснований и до определенного предела сохранять постоянство величины рН. Например, если к ацетатной буферной системе приливать сильную кислоту (НС1, Н2SO4, НNO3), то пойдет реакция между ацетат-ионом и ионами водорода кислоты, что можно выразить уравнением:
Буферные растворы - это смеси электролитов, имеющие одноименные ионы. Присутствие в растворе слабой кислоты или слабого основания и их солей уменьшает влияние разбавления или действия других кислот или оснований на рН раствора. Свойство таких смесей сохранять неизменной концентрацию ионов водорода при разбавлении, а также при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или основании называется буферным действием.
Рассмотрим, в чем же заключается сущность буферного действия.
1. При разбавлении водой ожидаемого уменьшения концентрации ионов водорода или гидроксила не происходит, т.к. одновременно вследствие уменьшения концентрации соли, понижается концентрация одноименных ионов, подавляющих ионизацию слабых электролитов, степень ионизации слабой кислоты или слабого основания увеличивается, за счет чего при разбавлении в определенных пределах рН буферного раствора практически не изменяется. Количественно это достаточно наглядно видно при анализе формул для расчета [H+] и рН буферных систем (III - 1, 2, 4, 5). Отношение концентраций кислоты и ее соли или основания и его соли сохраняется при разбавлении постоянным, так как концентрация каждого отдельного компонента уменьшается в одно и то же число раз.
Буферная емкость зависят от качественного состава буферного раствора и концентрации его компонентов. С увеличением концентрации составляющих буферную систему веществ буферная емкости возрастает. Максимальной буферной емкостью обладают растворы, содержащие равные количества слабого электролита и его соли. Они же имеют наибольшую устойчивость рН. Примеры вычислений буферной емкости растворов приведены в §6.
Вычисление рН буферных растворов, образованных слабой кислотой и ее солью.
Пример 1. Вычислить рН смеси уксусной кислоты с ее натриевой солью.
Решение.
1. Из уравнения константы ионизации кислоты находим концентрацию ионов водорода:
