Буферные растворы

Буферные  растворы (англ. buffer, от buff — смягчать удар) — растворы с определённой устойчивой концентрацией водородных ионов; смесь слабой кислоты и её соли (напр., СН₃СООН и CH₃COONa) или слабого основания и его соли (напр., NН₃ и NH₄CI). Величина рН буферного раствора мало изменяется при добавлении небольших количеств свободной сильной кислоты или щёлочи, при разбавлении или концентрировании. Буферные растворы широко используют в различных химических исследованиях.

Буферные растворы имеют большое значение для протекания процессов в живых организмах. Например, в крови постоянство водородного показателя рН поддерживается буферными смесями, состоящими из карбонатов и фосфатов. Известно большое число буферных растворов (ацетатно-аммиачный буферный раствор, фосфатный буферный раствор, боратный буферный раствор, формиатный буферный раствор и др.).

Значение pH буферного  расствора можно рассчитать по формуле: , где pK это показатель константы диссоциации кислоты HA.

БУФЕРНЫЙ РАСТВОР, поддерживает при изменении состава среды постоянство значения к.-л. характеристики, напр. рН (кислотно-основной буферный раствор) или окислит.-восстановит. потенциала (окислит.-восстановит. буферный раствор).

Значение рН кислотно-основного буферного раствора зависит от концентраций компонентов буферной смеси, находящихся в хим. равновесии, и мало меняется при концентрировании и разбавлении р-ра, введении относительно небольших кол-в в-в, взаимодействующих с одним из компонентов буферного раствора.

Наиб. распространены водные кислотно-основные буферные растворы. Они содержат слабую к-ту НА и сопряженное с ней основание А -, напр. СН₃СООН и СН₃СОО^-, NH₄⁺ и NH₃. В таких системах осуществляется равновесие:  

По данным о константе диссоциации к-ты К_а = — [Н₃О⁺] [А^- ] /[НА] определяют значение рН р-ра:  

где [НА] и [А^-] -равновесные концентрации соотв. к-ты и основания, рК_а= —lgК_а. Это значение рН остается практически постоянным, т.к. при добавлении небольших кол-в сильных к-т или оснований ионы Н₃О⁺ или ОН^-связываются основанием (к-той) с образованием сопряженной к-ты (основания).

Количественно буферный раствор характеризуется буферной емкостью- производной , где X - характеристика среды, с - концентрация одного из компонентов буферной смеси или добавленного в-ва, количественно реагирующего с одним из компонентов с образованием другого.

Емкость кислотно-основного  буферного раствора соответствует числу эквивалентов сильной к-ты или сильного основания, к-рое необходимо добавить к 1 л р-ра, чтобы изменить его рН на единицу. Буферная емкость возрастает при увеличении начальных концентраций его компонентов и максимальна при их равенстве. Буферные св-ва проявляются очень слабо, если концентрация одного компонента в 10 раз и более отличается от концентрации другого. Поэтому буферный раствор часто готовят смешением р-ров равной концентрации обоих компонентов либо прибавлением к р-ру одного компонента соответствующего кол-ва реагента, приводящего к образованию равной концентрации сопряженной формы.

Интервал рН (равный обычно рК_а ± 1), в к-ром данная буферная система может поддерживать постоянное значение рН, наз. областью буферирования. В справочной литературе имеются подробные рецепты приготовления кислотно-основных буферных растворов для разл. значений рН.

Окислит.-восстановит. буферный раствор содержит смесь соед. элементов переменной валентности в двух степенях окисления (т. е. смесь обеих форм окислит.-восстановит. пары), напр. Fe(III) и Fe(II). Значение окислит.-восстановит. потенциала такого буферного раствора определяется по ф-ле:  

где Е_р- реальный потенциал пары в данной среде, [Ох] и [Red]-концентрации соотв. ее окисленной и восстановленной форм, n - число электронов, участвующих в окислит.-восстановит. р-ции, R - универсальная газовая постоянная, F- число Фарадея, T - абс. т-ра.

В методах фотометрии пламени (в т.ч. в атомно-абсорбционном анализе) буферными называют р-ры, поддерживающие практически постоянное значение характеристики не самого р-ра, а пламени, в к-рое они вдуваются. Напр., такие легкоионизирующиеся в-ва, как соли К, обеспечивают концентрацию электронов в пламени, необходимую для подавления ионизации определяемых атомов. В электрохим. методах анализа буферным иногда называют р-р, препятствующий смешению р-ров вблизи анода и катода.

Многие биол. жидкости (кровь и др.) являются буферными растворами; компоненты таких р-ров - карбонаты, фосфаты и белки.