Кислотно-основные буферные системы и растворы

Буферными называют растворы, рН которых практически на изменяется от добавления к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи, а также при разведении. Простейший буферный раствор – это смесь слабой кислоты и соли, имеющей с этой кислотой общий анион (например, смесь уксусной кислоты СН₃ СООН и ацетата натрия СН₃ СООNa), либо смесь слабого основания и соли, имеющей с этим основанием общий катион (например, смесь гидроксида аммония NH₄ OH с хлоридом аммония NH₄ Cl).

С точки зрения протонной теории1 буферное действие растворов обусловлено наличием кислотно-основного равновесия общего типа:

В_{основание} + Н⁺ Û ВН⁺ _{сопряженная кислота}

НА_{кислота} Û Н⁺ + А^- _{сопряженное основание}

Сопряженные кислотно-основные пары В /ВН⁺ и А^- /НА называют буферными системами.

Буферные растворы играют большую роль в жизнедеятельности. К числу исключительных свойств живых организмов относится их способность поддерживать постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов – кислотно-основной гомеостаз. Это постоянство обусловлено наличием нескольких буферных систем, входящих в состав этих тканей.

Классификация кислотно-основных буферных систем. Буферные системы могут быть четырех типов:

Слабая кислота и ее анион А^- /НА:

ацетатная буферная система СН₃ СОО^- /СН₃ СООН в растворе СН₃ СООNa и СН₃ СООН, область действия рН 3, 8 – 5, 8.

Водород-карбонатная система НСО₃ ^- /Н₂ СО₃ в растворе NaНСО₃ и Н₂ СО₃ , область её действия – рН 5, 4 – 7, 4.

Слабое основание и его катион В/ВН⁺ :

аммиачная буферная система NH₃ /NH₄ ⁺ в растворе NH₃ и NH₄ Cl,

область ее действия – рН 8, 2 – 10, 2.

Анионы кислой и средней соли или двух кислых солей:

карбонатная буферная система СО₃ ^2- /НСО₃ ^- в растворе Na₂ CO₃ и NaHCO₃ ,область ее действия рН 9, 3 – 11, 3.

фосфатная буферная система НРО₄ ^2- /Н₂ РО₄ ^- в растворе Nа₂ НРО₄ и NаН₂ РО₄ , область ее действия рН 6, 2 – 8, 2.

Эти солевые буферные системы можно отнести к 1-му типу, т. к. одна из солей этих буферных систем выполняет функцию слабой кислоты. Так, в фосфатной буферной системе анион Н₂ РО₄ ^- является слабой кислотой.

4. Ионы и молекулы амфолитов. К ним относят аминокислотные и белковые буферные системы. Если аминокислоты или белки находятся в изоэлектрическом состоянии (суммарный заряд молекулы равен нулю), то растворы этих соединений не являются буферными. Они начинают проявлять буферное действие, когда к ним добавляют некоторое количество кислоты или щелочи. Тогда часть белка (аминокислоты) переходит из ИЭС в форму “белок-кислота” или соответственно в форму “белок-основание”. При этом образуется смесь двух форм белка: (R – макромолекулярный остаток белка)

а) слабая “белок-кислота” + соль этой слабой кислоты:

СОО^- СООН

R – СН + Н⁺ ÛR – СН

N⁺ Н₃ N⁺ Н₃

основание А- сопряженная кислота НА

(соль белка-килоты) (белок-кислота)

б) слабое “белок-основание” + соль этого слабого основания:

СОО^- СОО^-

R – СН + ОН^- ÛR – СН + Н₂ О

N⁺ Н₃ NН₂

кислота ВН⁺ сопряженное основание В

(соль белка-основания) (белок-основание)

Таким образом, и этот тип буферных систем может быть отнесен соответственно к буферным системам 1-го и 2-го типов.

Механизм буферного действия можно понять на примере ацетатной буферной системы СН₃ СОО^- /СН₃ СООН, в основе действия которой лежит кислотно-основное равновесие:

СН₃ СООН Û СН₃ СОО^- + Н⁺ ;(рК_а = 4, 8)

Главный источник ацетат-ионов – сильный электролит СН₃ СООNa:

СН₃ СООNa® СН₃ СОО^- + Na⁺

При добавлении сильной кислоты сопряженное основание СН₃ СОО^- связывает добавочные ионы Н⁺ , превращаясь в слабую уксусную кислоту:

СН₃ СОО^- + Н⁺ ÛСН₃ СООН

(кислотно-основное равновесие смещается влево, по Ле Шателье)

Уменьшение концентрации анионов СН₃ СОО^- точно уравновешивается повышение концентрации молекул СН₃ СООН. В результате происходит небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты и ее соли, а следовательно, и незначительно изменяется рН.

При добавлении щелочи протоны уксусной кислоты (резервная кислотность) высвобождаются и нейтрализуются добавочные ионы ОН^- , связывая их в молекулы воды:

СН

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать