1.4: рН буфери

Last updated
Save as PDF

Page ID: 25069

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Контроль рН критично важливий при якісному аналізі катіонів. Найчастіше рН потрібно підтримувати у вузькому діапазоні при аналізі катіонів.

Буфер рН - це водний розчин, що складається зі слабкої кислоти і її кон'югатної основи або навпаки, який мінімізує зміну рН при додаванні в нього невеликої кількості сильної кислоти або міцної основи.

Наприклад, додавання 0,020 моль\(\ce{HCl}\) в 1 л води змінює рН від 7 до 1,7, тобто приблизно 80% зміна рН. Аналогічно додавання 0,020 моль\(\ce{NaOH}\) в ту ж воду змінює рН від 7 до 12,3, тобто, знову ж таки, приблизно на 80% зміна рН. На відміну від чистої води, 1 л буферного розчину, що містить 0,50 моль в тиждень кислоти оцтової кислоти (\(\ce{CH3COOH}\)) і 0,50 моль її кон'югатної основи\(\ce{CH3COO^-}\) змінює рН від 4,74 до 4,70 шляхом додавання тих же 0,020 моль\(\ce{HCl}\) і від 4,74 до 4,77 шляхом додавання 0,020 моль\(\ce{NaOH}\), т. Е. зміна рН, як показано на рис. 1.7.1.

Ілюстрація буферної дії шляхом порівняння зміни рН при додаванні сильної кислоти або сильної основи при наявності та відсутності буфера — Рис.\(\PageIndex{1}\): Вплив додавання кислоти та основи на зміну рН чистої води при рН 7,00 та на буфер оцтової кислоти/ацетату натрію при рН 4,74.

Буфер містить слабку кислоту і її кон'югатну основу в рівновазі. Наприклад, буфер оцтової кислоти/ацетату натрію має наступну рівновагу:

\[\ce{CH3COOH + H2O <<=> H3O^{+} + CH3COO^{-}}\nonumber\]

Молярна концентрація іонів гідронію [\(\ce{H3O^+}\)] визначає рН розчину, т. Е\(\mathrm{pH}=-\log \left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]\). Кон'югатна основа споживає будь-яку сильну кислоту, додану в суміш:

\[\ce{HA + CH3COO^{-} -> CH3COOH + A^{-}}\nonumber\]

, Де\(\ce{HA}\) знаходиться будь-яка сильна кислота і\(\ce{A^-}\) є її сполученим підставою. Концентрація\(\ce{CH3COOH}\) збільшується і\(\ce{CH3COO^-}\) зменшується, але pH знижується мало, оскільки [\(\ce{H3O^+}\)] це майже не впливає. Точно так само слабку кислоту споживає будь-яка сильна додана основа.

\[\ce{MOH + CH3COOH -> CH3COO^{-} + M^{+} + H2O}\nonumber\]

, Де\(\ce{M^+}\) знаходиться його кон'югатна кислота. Концентрація\(\ce{CH3COOH}\) зменшується і\(\ce{CH3COO^-}\) збільшується, але pH збільшується мало, оскільки [\(\ce{H3O^+}\)] це майже не впливає. Буфери використовуються кілька разів під час якісного аналізу катіонів.