ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება - მათემატიკური გამოხატულება, რომელიც ახასიათებს ბუფერული სისტემის შესაძლებლობებს. განტოლება გვიჩვენებს, თუ როგორ არის დამოკიდებული ბუფერული ხსნარის მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი მჟავა-ტუტოვანი ბუფერული სისტემის კომპონენტების თვისებებზე და ხსნარში ამ კომპონენტების რაოდენობრივ თანაფარდობაზე. ხსნარში მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის მაჩვენებელია pH, pH. მჟავას თვისება (იონებად დაშლის უნარი), როგორც ბუფერული სისტემის კომპონენტი, ხასიათდება წონასწორობის მუდმივის, მჟავის დისოციაციის მუდმივის, Ka. pK= – lgK D

ბუფერული სისტემის რაოდენობრივი სტრუქტურა (შემადგენლობა) შეიძლება შეფასდეს როგორც მარილი/მჟავა თანაფარდობა. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება ასე გამოიყურება:

pH = pK + ჟურნალი

pH-ისა და pOH-ის მნიშვნელობაზე გავლენას ახდენს დისოციაციის მუდმივი და კომპონენტების კონცენტრაციების თანაფარდობა.

18. ბუფერული ავზი. ბუფერული ზონა.

ინტერვალი pH=pKa±1დაურეკა ბუფერული ზონა .

ბუფერული სიმძლავრე (V) გამოხატული, როგორც ძლიერი მჟავის ან ფუძის მოლური ეკვივალენტების რაოდენობა, რომელიც უნდა დაემატოს ერთ ლიტრ ბუფერს pH-ის ერთით გადასატანად.

B - ბუფერული სიმძლავრე,

nE არის ძლიერი მჟავის ან ტუტეს მოლური ეკვივალენტი,

ΔрН არის pH-ის ცვლილება.

პრაქტიკაში, ბუფერული სიმძლავრე გამოითვლება ფორმულით:

V არის მჟავის ან ტუტეს მოცულობა,

N არის მჟავის ან ტუტეს ექვივალენტური კონცენტრაცია,

V ბუფერი - ბუფერული ხსნარის მოცულობა,

Δ pH არის pH-ის ცვლილება.

ბუფერული სიმძლავრე დამოკიდებულია ელექტროლიტების კონცენტრაციადა ბუფერული კოეფიციენტები.

19. ბუფერული სიმძლავრის რაოდენობრივი განსაზღვრა.

მჟავას ან ტუტეს რაოდენობას, რომელიც უნდა დაემატოს 1 ლიტრ ბუფერულ ხსნარს ისე, რომ მისი pH ღირებულება ერთით შეიცვალოს, ე.წ. ბუფერული სიმძლავრე

რაც უფრო მაღალია საწყისი კონცენტრაციაბუფერული ნარევი, მით უფრო მაღალია მისი ბუფერული ტევადობა

20. სისხლის ბუფერული სისტემები: ბიკარბონატული, ფოსფატი, ჰემოგლობინი და ცილა

ჰემოგლობინის ბუფერი იგი შეადგენს ბუფერული სიმძლავრის 35%-ს.

ერითროციტების მთავარი ბუფერული სისტემა, რომელიც შეადგენს სისხლის მთლიანი ბუფერული სიმძლავრის დაახლოებით 75%-ს. სისხლის ჰემოგლობინის ბუფერული სისტემა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს: სუნთქვაში, ქსოვილებში ჟანგბადის ტრანსპორტირებაში და მუდმივი სისხლის pH-ის შენარჩუნებაში.

იგი წარმოდგენილია ორი სუსტი მჟავით - ჰემოგლობინი და ოქსიჰემოგლობინი და მათი კონიუგატული ფუძეები - ჰემოგლობინატი და ოქსიჰემოგლობინატი, შესაბამისად:

HHb ↔ H + + Hb -

HHbO 2 ↔ H + HbO 2 -

ფოსფატის ბუფერი

ის გვხვდება როგორც სისხლში, ასევე სხვა ქსოვილების უჯრედულ სითხეში, განსაკუთრებით თირკმელებში. უჯრედებში იგი წარმოდგენილია მარილებით

K 2 NRO 4და KN 2 RO 4და სისხლის პლაზმაში და უჯრედშორის სითხეში

Na2HPO4და NaH2PO4.

ფუნქციონირებს ძირითადად პლაზმაში და მოიცავს: დიჰიდროფოსფატის იონს და წყალბადის ფოსფატის იონს

H 2 RO 4 -და NRO 4 2-

ეს სისტემა გადამწყვეტ როლს ასრულებს ბიოლოგიურ გარემოში − უჯრედში, საჭმლის მომნელებელი ჯირკვლების წვენებში, შარდში.

ბიკარბონატის ბუფერი . იგი შეადგენს ბუფერული სიმძლავრის 53%-ს.

წარმოდგენილია:

H 2 CO 3და NaHCO3

ბიკარბონატული ბუფერი არის მთავარი ბუფერული სისტემა სისხლის პლაზმაში; ეს არის სწრაფი რეაგირების სისტემა, ვინაიდან CO 2 მჟავებთან მისი ურთიერთქმედების პროდუქტი სწრაფად გამოიყოფა ფილტვებში.

ცილის ბუფერი ეს არის ბუფერული სიმძლავრის 5%.

იგი შედგება ცილა-მჟავისა და მისი მარილისგან, რომელიც წარმოიქმნება ძლიერი ფუძისგან.

Pt - COOH - ცილა-მჟავა

Pt - COONa - ცილა-მარილი

1. როდესაც ორგანიზმში წარმოიქმნება ძლიერი მჟავები, ისინი ურთიერთქმედებენ ცილის მარილთან.

HC1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl.

2. ტუტე პროდუქტების მატებასთან ერთად, ისინი ურთიერთქმედებენ Pt-COOH-თან:

NaOH + Pt-COOH ↔ Pt-COONa + H 2 O

ცილა არის ამფოტერული ელექტროლიტი და ამიტომ ავლენს თავის ბუფერულ მოქმედებას.

ბუფერული ხსნარი არის ქიმიური რეაგენტი მუდმივითpH

ლაბორატორიული მინის ჭურჭელი, ლაბორატორიული აღჭურვილობა, ხელსაწყოები და ქიმიკატები ნებისმიერი თანამედროვე ლაბორატორიის ოთხი ძირითადი კომპონენტია, მიუხედავად მისი სპეციალიზაციისა. დანიშნულებიდან გამომდინარე, ლაბორატორიული პროდუქცია - მინის ჭურჭელი, აღჭურვილობა, ინსტრუმენტები მზადდება სხვადასხვა მასალისგან: პლასტმასი, ფაიფური, კვარცი, ბოროსილიკატი, ლაბორატორიული მინა და ა.შ. აქ მხოლოდ ფასი და ხარისხია. ლაბორატორიული აღჭურვილობის ჩამონათვალში განსაკუთრებული ადგილი უჭირავს ქიმიურ რეაგენტებს - მათ გარეშე შეუძლებელია თუნდაც უმარტივესი ანალიზის, კვლევის, ექსპერიმენტის ჩატარება.

ლაბორატორიული მუშაობის პრაქტიკაში თანამშრომლები ხშირად ხვდებიან ქიმიურ ხსნარებს, რომლებსაც აქვთ ან უნდა ჰქონდეთ გარკვეული pH მნიშვნელობა. სწორედ ამ მიზნებისათვის მზადდება სპეციალური ბუფერული ხსნარები.

რა არის ეს გამოსავალი?

ბუფერული ხსნარები - ქიმიური რეაგენტები წყალბადის იონების კონცენტრაციის გარკვეული სტაბილური მაჩვენებლით; სუსტად კონცენტრირებული მჟავისა და მისი მარილის ნარევი. ეს ხსნარები პრაქტიკულად არ ცვლის თავის სტრუქტურას კონცენტრირების, სხვა ქიმიურ რეაგენტებთან განზავებისას, ან როდესაც მას მცირე რაოდენობით ემატება მაღალი კონცენტრირებული ტუტეები ან მჟავები. განსხვავებული pH-ის მქონე ბუფერული ხსნარის მისაღებად საჭიროა გამოყენებული ქიმიური ხსნარების კონცენტრაციისა და თანაფარდობის შეცვლა.

ამ ქიმიურ რეაგენტს შეუძლია შეინარჩუნოს გარკვეული pH გარკვეულ დონეზე, რაც დამოკიდებულია აგრესიული მედიის, ტუტეებისა და მჟავების სპეციფიკურ რაოდენობაზე. თითოეულ ბუფერულ ნარევს აქვს გარკვეული ბუფერული ტევადობა - ტუტე და მჟავა ელემენტების რაოდენობის ექვივალენტური თანაფარდობა.

სამწუხაროდ, თავად მჟავები და ტუტეები არ შეიძლება კლასიფიცირდეს ბუფერულ ნარევებად, რადგან როდესაც ისინი წყლით განზავდებიან, ამ აგრესიული მედიის pH დონე იცვლება.

ლაბორატორიულ პრაქტიკაში ასევე გამოიყენება კალიბრაციის ბუფერული ნარევი. იგი შექმნილია ინსტრუმენტების ინდიკატორების სიზუსტის დასარეგულირებლად, რომლებიც გამოიყენება თხევადი ნივთიერებებში მჟავის დონის დასადგენად - წყალბადის იონების აქტივობა სხვადასხვა მედიაში.

როგორც ლაბორატორიულ პირობებში, ასევე კერძო პრაქტიკაში მუშაობისთვის რეკომენდებულია სპეციალიზებულ ლაბორატორიებში მომზადებული მაღალი სტაბილურობის ბუფერული ნარევების გამოყენება ლაბორატორიული მინის ჭურჭლის გამოყენებით სპეციალურ ლაბორატორიულ აღჭურვილობასა და ინსტრუმენტებზე. ამ ქიმიური რეაგენტის თვითდამზადება შესაძლებელია დიდი შეცდომით.

რა არის ბუფერული ხსნარი?

ამ ქიმიური რეაგენტის შემადგენლობაში შედის წყალი - გამხსნელი და თანაბრად დაშლილი იონები ან ნივთიერებების მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან მჟავა-ტუტოვანი ან ტუტე-მჟავა ბუფერულ სისტემას. ბუფერული სისტემა არის სუსტად კონცენტრირებული მჟავის ურთიერთქმედება მის ერთ-ერთ მარილთან.

ასეთი ქიმიური რეაგენტები, თანამედროვე ლაბორატორიულ აღჭურვილობასთან და ინსტრუმენტებთან ერთად, ფართოდ გამოიყენება ანალიზურ ქიმიაში, ბიოლოგიასა და მიკრობიოლოგიაში, გენეტიკაში, მედიცინაში, ფარმაცევტულ პროდუქტებში, კვლევით ცენტრებში და სხვა სამეცნიერო სფეროებში.

ბუფერული ხსნარის მნიშვნელობა ადამიანებისთვის

ბუნებრივი ბუფერული ნარევი ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია სხეულის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის, რადგან ის ინარჩუნებს მუდმივ pH დონეს ქსოვილების, ორგანოების, ლიმფისა და სისხლის ბიოლოგიურ სითხეებში.

შენახვის პირობები

შეინახეთ ეს ქიმიური რეაქტივი ჰერმეტულად დახურულ კონტეინერში (მინის ან პლასტმასის ბოთლებში).

სად ვიყიდოთ მაღალი ხარისხის ლაბორატორიული აღჭურვილობა ხელმისაწვდომ ფასად?

ხელსაყრელია ქიმიკატების, ინსტრუმენტების, აღჭურვილობის, ლაბორატორიული მინის ყიდვა მოსკოვში ქიმიური რეაგენტების თანამედროვე სპეციალიზებულ მაღაზიაში მოსკოვის საცალო და საბითუმო "პრაიმ ქემიკალს ჯგუფი". სწორედ აქ ნახავთ ცნობილი ბრენდების მაღალი ხარისხის პროდუქციის ფართო არჩევანს ხელმისაწვდომ ფასად. ასევე გთავაზობთ მიწოდებას ქალაქსა და რეგიონში.

„პრაიმ ქიმიქს გრუპი“ - ლაბორატორიული მოწყობილობა საგამოცდო ხელთათმანებიდან ელექტრონულ ლაბორატორიულ სასწორებამდე ხარისხის ნიშნით.

ბუფერული ხსნარი გამოიყენება pH-ის მუდმივი მნიშვნელობის შესანარჩუნებლად. იგი შედგება სუსტი მჟავა HA და კონიუგატური ფუძის A - . ბუფერულ ხსნარში თანაარსებობს წონასწორობა:

ON + H 2 O ↔ H 3 O + + A -

A - + H 2 O ↔ HA + OH -

ერთმანეთის დათრგუნვა საკმარისად მაღალ C(HA) და C(A -) დროს; ამრიგად, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ [HA] \u003d C (HA) და [A - ] \u003d C (A -). გამოთქმის გამოყენება K a ONდა წყლის დისოციაციის გამო [H 3 O + ]-ის წვლილის უგულებელყოფით, ვიღებთ

იგივე გამოხატვის მიღება შესაძლებელია მეორე წონასწორობის მუდმივის გამოყენებით.

მაგალითი 16.გამოთვალეთ ბუფერული ხსნარის pH, რომელიც შედგება 0,10 მ ძმარმჟავისა და 0,10 მ ნატრიუმის აცეტატისგან.

გადაწყვეტილება.აქ დაკმაყოფილებულია ყველა პირობა, რომელიც საშუალებას იძლევა გამოიყენოს ფორმულა (2-14) (ძმარმჟავა სუსტი მჟავაა, მჟავისა და კონიუგატური ფუძის კონცენტრაცია საკმაოდ მაღალია). Ისე

მაგალითი 17.გამოთვალეთ ბუფერული ხსნარის pH, რომელიც შედგება 0,10 მ ამიაკის და 0,20 მ ამონიუმის ქლორიდისგან.

გადაწყვეტილება.ფორმულის მიხედვით (2-14) ვპოულობთ

ბუფერული ხსნარის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი ბუფერული სიმძლავრე. ბუფერულ ხსნარში ძლიერი ფუძის (მჟავის) დამატებისას, მისი pH შეიძლება შეიცვალოს HA მჟავისა და კონიუგატური ფუძის A - კონცენტრაციის ცვლილებით. ამიტომ, ბუფერული სიმძლავრე ჩვეულებრივ წარმოდგენილია როგორც

თუ ბუფერულ ხსნარს დაემატება ძლიერი ბაზა და

თუ ბუფერულ ხსნარს დაემატება ძლიერი მჟავა. მოდით დავწეროთ მატერიალური ბალანსის განტოლება მონობაზური მჟავას HA და კონიუგატური ფუძის A ნარევისთვის - :

მოდით გამოვხატოთ [ON] თვალსაზრისით K a ONდა ჩაანაცვლეთ მატერიალური ბალანსის განტოლებაში. მოდი ვიპოვოთ [A -]:

(2-17)

დიფერენციალური განტოლება (2-17) dpH-ის მიმართ, იმის გათვალისწინებით, რომ dc მთავარი = , ვიღებთ

(2-18)

ადვილი დასანახია, რომ pH = pK a HA, ე.ი. – C(HA) = C(A -), მიღწეულია მაქსიმალური ბუფერული სიმძლავრე. ამის ჩვენება შეიძლება

(2-19)

ფორმულები (2-18) და (2-19) მიჰყვება ერთმანეთს, თუ გვახსოვს, რომ [ON] = ა(HA)C(HA) და [A - ] = ა(A -) C (A -), ასევე გამონათქვამები ამისთვის ა(ჩართვა) და ა(მაგრამ -).

მაღალგანზავებული ბუფერული ხსნარებისთვის მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული წყლის დისოციაციის წვლილი. ამ შემთხვევაში განტოლება (2-19) უფრო რთული ხდება:

აქ პირველი ორი ტერმინი აღწერს წყლის ბუფერულ მოქმედებას, მესამე აღწერს მჟავისა და კონიუგატური ფუძის ბუფერულ მოქმედებას.

მაგალითი 18.გამოთვალეთ როგორ შეიცვლება pH, თუ 1,0 ლ ბუფერულ ხსნარს დაემატება 1,0·10 -3 მოლი მარილმჟავა, რომელიც შედგება 0,010 მ ძმარმჟავისა და 0,010 მ ნატრიუმის აცეტატისგან.

გადაწყვეტილება. ჩვენ ვიანგარიშებთ ბუფერული ხსნარის pH-ს მარილმჟავას დამატებამდე:

ბუფერული ხსნარის საერთო კონცენტრაცია არის

ასეთი საკმარისად კონცენტრირებული ბუფერული ხსნარისთვის, ბუფერული სიმძლავრე უნდა გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით (2-18):

გაანგარიშება, მაგრამ ფორმულა (2-19) იძლევა იგივე შედეგს:

გამოთვალეთ pH ცვლილება

ამრიგად, მარილმჟავას დამატების შემდეგ, ბუფერული ხსნარის pH იქნება

pH = 4,75 - 0,087 = 4,66

ეს პრობლემა შეიძლება მოგვარდეს ბუფერული სიმძლავრის გაანგარიშების გარეშე, მაგრამ ბუფერული ნარევის კომპონენტების ოდენობის მოძიებით HC1-ის დამატებამდე და მის შემდეგ. ორიგინალურ ხსნარში

მაგალითი 19. გამოიტანეთ გამოხატულება ხსნარის მაქსიმალური ბუფერული სიმძლავრისათვის კომპონენტების მთლიანი კონცენტრაციით c.

გადაწყვეტილება.მოდით ვიპოვოთ პირობები, რომლებშიც ბუფერული სიმძლავრე მაქსიმალურია. ამისათვის ჩვენ განვასხვავებთ გამოხატულებას (2-18) pH-ით და ვატოლებთ წარმოებულს ნულთან.

აქედან გამომდინარე, [H + ] = K a HA და, შესაბამისად, C (HA) = C (A -).

(2-19) და (2-21) ფორმულების გამოყენებით მივიღებთ ამას

მჟავების ან ფუძეების ნარევების pH-ის გამოთვლა.მოდით, ხსნარი შეიცავდეს ორ მჟავას HA 1 და HA 2. თუ ერთი მჟავა ბევრად უფრო ძლიერია, ვიდრე მეორე, მაშინ თითქმის ყოველთვის შეიძლება უგულებელვყოთ სუსტი მჟავის არსებობა, რადგან მისი დისოციაცია ჩახშობილია. წინააღმდეგ შემთხვევაში, მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ორივე მჟავის დისოციაცია.

თუ HA 1 და HA 2 არ არის ძალიან სუსტი მჟავები, მაშინ წყლის ავტოპროტოლიზის უგულებელყოფით, ელექტრონეიტრალურობის განტოლება შეიძლება დაიწეროს როგორც:

[H 3 O +] \u003d [A 1 -] +

მოდით ვიპოვოთ A 1 - და A 2 1 წონასწორობის კონცენტრაციები HA 1 და HA 2 დისოციაციის მუდმივთა გამოსახულებებიდან:

მიღებული გამონათქვამები ჩავანაცვლოთ ელექტრონეიტრალურობის განტოლებაში

ტრანსფორმაციის შემდეგ ვიღებთ

თუ მჟავების დისოციაციის ხარისხი არ აღემატება 5%-ს მაშინ

ნარევისთვის პმჟავები

ანალოგიურად მონობაზური ფუძეების ნარევისთვის

(2-21)

სადაც K a 1და K a 2 -კონიუგირებული მჟავების დისოციაციის მუდმივები. პრაქტიკაში, უფრო ხშირად, შესაძლოა, არის სიტუაციები, როდესაც ნარევში არსებული ერთი (ერთი) მჟავა (ფუძე) თრგუნავს სხვების დისოციაციას და, შესაბამისად, pH-ის გამოსათვლელად, შესაძლებელია მხოლოდ დისოციაციის გათვალისწინება. ეს მჟავა (ეს ბაზა) და უგულებელყოთ დანარჩენის დისოციაცია. მაგრამ შეიძლება იყოს სხვა სიტუაციები.

მაგალითი 20.გამოთვალეთ ნარევის pH, რომელშიც ბენზოის და ამინობენზოის მჟავების საერთო კონცენტრაციაა, შესაბამისად, 0,200 და 0,020 M.

გადაწყვეტილება.მიუხედავად იმისა, რომ ბენზოური დისოციაციის მუდმივები (კ ა= 1.62 10 -6, აღვნიშნავთ K 1)და ამინობენზოური (K a = 1.10 10 -5 , აღვნიშნავთ K2)მჟავები განსხვავდებიან სიდიდის თითქმის ორი რიგით; მჟავების კონცენტრაციებში საკმაოდ დიდი განსხვავების გამო, აუცილებელია ორივე მჟავის დისოციაციის გათვალისწინება. ამიტომ, ფორმულის მიხედვით (2-20) ვპოულობთ

ბუფერული ხსნარი ან უბრალოდ ბუფერი არის ხსნარი, რომლის pH მნიშვნელოვნად არ იცვლება მჟავას ან ფუძის მცირე რაოდენობით დამატებისას.

ბუფერული ხსნარები შეიძლება დაიყოს ოთხ ტიპად.

ძლიერ მჟავას შემცველი ბუფერული ხსნარები

ნებისმიერი ძლიერი მჟავა, როგორიცაა აზოტის მჟავა, შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაბალი pH ბუფერად. ძლიერი მჟავები მთლიანად იშლება წყალხსნარებში და ამიტომ მათი ხსნარები ხასიათდება ჰიდრონიუმის იონების მაღალი კონცენტრაციით. ძლიერ მჟავაში მცირე რაოდენობით მჟავის ან ფუძის დამატება, შესაბამისად, მხოლოდ მცირე გავლენას ახდენს ძლიერი მჟავას ხსნარის pH-ზე.

მაგალითად, თუ 0,01 მოლ/დმ3 კონცენტრაციის 100 სმ3 აზოტის მჟავას ხსნარს დაემატება 1 სმ3 მარილმჟავა 0,1 მოლ/დმ3 კონცენტრაციით, მაშინ ის 2,00-დან 1,96-მდე შემცირდება. pH-ის ცვლილება 0.04 შეიძლება ჩაითვალოს უმნიშვნელოდ. ხსნარის pH-ის ზემოაღნიშნული მნიშვნელობების შესამოწმებლად მარილმჟავას დამატებამდე და მის შემდეგ გამოიყენეთ განტოლება

ახლა შევადაროთ pH-ის მითითებულ უმნიშვნელო კლებას 100 სმ3 სუფთა წყალში 0,1 მოლ/დმ3 კონცენტრაციის ხსნარის დამატების შედეგს. ამ შემთხვევაში, pH მკვეთრად ეცემა 7.00-დან 4.00-მდე. ცხადია, სუფთა წყალი არ მოქმედებს როგორც ბუფერული ხსნარი, რადგან ის არ ინარჩუნებს pH-ს დაახლოებით იმავე დონეზე. ბუფერული ხსნარების კონცენტრაციები შეესაბამება ტიტრაციის მრუდების ბრტყელ ნაწილებს, რომლებიც ნაჩვენებია ნახ. 8.2. ტიტრების მრუდების ამ ნაწილებს ბუფერული რეგიონები ეწოდება. ბუფერულ რეგიონში, pH მნიშვნელობები არ არის მგრძნობიარე მჟავის ან ფუძის კონცენტრაციის მცირე ცვლილებების მიმართ.

ბუფერული ხსნარები, რომლებიც შეიცავს ძლიერ ბაზას

ნებისმიერი ძლიერი ფუძე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაღალი მნიშვნელობის ბუფერად. ასეთ ბუფერში მცირე რაოდენობით მჟავას ან ფუძის დამატებას აქვს უმნიშვნელო ეფექტი. მაგალითად, მარილმჟავას ხსნარის დამატებისას ხსნარის კონცენტრაციით. კონცენტრაცია, ხდება ცვლილება 12.00-დან 11.96-მდე. ცვლილება ამ შემთხვევაში არის მხოლოდ 0.04. ეს შედეგი შეიძლება გადამოწმდეს განტოლების (6) და მიმართების გამოყენებით

სუსტი მჟავის შემცველი ბუფერული ხსნარები

ბუფერული ხსნარები სტაბილური მნიშვნელობებით 4-დან 7-მდე შეიძლება მიიღოთ ნებისმიერი სუსტი მჟავისა და მისი ერთ-ერთი მარილის გამოყენებით. ამ მიზნით ხშირად გამოიყენება ძმარმჟავას და ნატრიუმის აცეტატის ნარევი. წყალხსნარში ნატრიუმის აცეტატი სრულად იონიზებულია

ამის საპირისპიროდ, ძმარმჟავა მხოლოდ ნაწილობრივ იონიზირებულია.

როდესაც მჟავას ემატება, ეს წონასწორობა გადადის მარცხნივ, დამატებული იონების შემცველობა მცირდება და თავდაპირველი მნიშვნელობა აღდგება. ნატრიუმის აცეტატის არსებობა ბუფერულ ხსნარში უზრუნველყოფს იონების დიდ მარაგს, რომელსაც შეუძლია კომპენსირება მოახდინოს დამატებული ნაწილების ეფექტისთვის. მჟავა.

ფუძის დამატებისას ის განეიტრალება ჰიდრონიუმის იონებით

ამ რეაქციის შედეგად იონების მოცილება იწვევს წონასწორობის (7) გადატანას მარჯვნივ. იონების კონცენტრაცია და, შესაბამისად, ხსნარის ღირებულება მუდმივი რჩება. ბუფერულ ხსნარში ძმარმჟავას არსებობა უზრუნველყოფს არადისოცირებული მოლეკულების დიდ მარაგს, რომლებსაც შეუძლიათ დისოციაცია და, საჭიროების შემთხვევაში, კომპენსირება ბაზის ნაწილების დამატებით.

ბუფერული ხსნარების მოქმედება რაოდენობრივად შეიძლება განიხილებოდეს მასის მოქმედების კანონის საფუძველზე. როგორც წინა ნაწილში ნაჩვენებია, ამ კანონის გამოყენება ძმარმჟავას დისოციაციის წონასწორობაზე იწვევს ძმარმჟავას დისოციაციის მუდმივობის შემდეგ გამოხატვას:

ამ გამოხატვის ლოგარითმის აღება იწვევს შემდეგ შედეგს:

სადაც არის ბუფერულ ხსნარში შესაბამისი ნაწილაკების საერთო კონცენტრაციები. ძმარმჟავას დისოციაციის მუდმივი ცხრილის ტოლია. 8.1). ეს ნიშნავს, რომ ძმარმჟავას დისოციაციის წონასწორობა აღწერილია

განტოლება (7), მნიშვნელოვნად არის გადატანილი მარცხნივ. ამ მიზეზით, ძმარმჟავას შედარებითი წვლილი ბუფერულ ხსნარში იონების მთლიან რაოდენობაში მცირეა. ღირებულება (8) განტოლებაში თითქმის მთლიანად განპირობებულია მარილის წვლილით, ე.ი. ნატრიუმის აცეტატი, რომელიც მთლიანად იშლება იონებად.

ვინაიდან ძმარმჟავა ბუფერულ ხსნარში მცირეა დისოცირებული, წონასწორულ ნარევში მჟავის კონცენტრაცია (7) დაახლოებით ემთხვევა მის საწყის კონცენტრაციას ბუფერულ ხსნარში. ეს საშუალებას გაძლევთ დაწეროთ

მიღებული შედეგების (8) განტოლებით ჩანაცვლებით, ვიღებთ

მიღებულ ურთიერთობას ეწოდება ჰენდერსონის განტოლება ბუფერული ხსნარისთვის, რომელიც შედგება სუსტი მჟავისა და მისი მარილისგან. მისი გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა გამოთვლებისთვის, კერძოდ: ბუფერული ხსნარის გამოსათვლელად;

მჟავის ან მარილის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა სასურველი მნიშვნელობის მქონე ბუფერული ხსნარის მისაღებად

ცვლილებები ბუფერულ ხსნარში, როდესაც მას ემატება მჟავის ან ფუძის მცირე ნაწილი.

ა) რამდენი ნატრიუმის აცეტატი უნდა გაიხსნას ძმარმჟავაში, რომელსაც აქვს კონცენტრაცია ბუფერული ხსნარის მისაღებად

ბ) როგორ შეიცვლება ეს ბუფერული ხსნარი, თუ ხსნარის კონცენტრაცია

ა) (9) განტოლებიდან მისი პოვნა ადვილია

პირობით და

ცხრილის მიხედვით. 8.1.

ყველა ამ მნიშვნელობის ჩანაცვლება მიღებულ განტოლებაში იძლევა

აქედან გამომდინარე,

ეს ნიშნავს, რომ ბუფერული ხსნარის მისაღებად ერთი მოლი ნატრიუმის აცეტატი უნდა გაიხსნას ძმარმჟავაში.

ნატრიუმის აცეტატის შედარებითი მოლური მასა:

მაშასადამე, ნატრიუმის აცეტატის მოლის მასა არის

ამრიგად, ბუფერული ხსნარის მისაღებად 1,46 გ ნატრიუმის აცეტატი უნდა გაიხსნას ძმარმჟავაში.

ბ) კონცენტრაციის მქონე ხსნარის 1 სმ3 შეიცავს

0,001 მოლი იგი რეაგირებს ფორმირებასთან ამიტომ, კონცენტრაცია შემცირდება და კონცენტრაცია გაიზრდება 0,001 მოლ/დმ3-ით (მოცულობის უმნიშვნელო მატება შეიძლება უგულებელვყოთ). ამრიგად,

ასე რომ, როდესაც ტუტე დაემატება ბუფერულ ხსნარს, უნდა მოხდეს უმნიშვნელო ცვლილება 0.07-ით.

სუსტი მჟავის შემცველი ბუფერული ხსნარების განხილვისას ჩნდება ერთი განსაკუთრებული შემთხვევა. ჰენდერსონის განტოლება აჩვენებს, რომ როდესაც მარილის კონცენტრაცია ზუსტად უდრის მჟავას კონცენტრაციას, ბუფერული ხსნარი იგივეა, რაც იმ მჟავას, ე.ი.

მაგალითად, თუ 100 სმ3 0,1 მოლ/დმ3 ხსნარს ემატება 100 სმ3 0,1 მოლ/დმ3 ხსნარს, მიღებულ ბუფერს უნდა ჰქონდეს pH 4,75 25°C-ზე.

სუსტი ფუძის შემცველი ბუფერული ხსნარები

ბუფერული ხსნარები სტაბილური მნიშვნელობებით 7-დან 10-მდე შეიძლება მიღებულ იქნას სუსტი ფუძის ერთ-ერთ მარილთან შერევით. ამ ტიპის ტიპიური ბუფერული ხსნარი არის ამიაკის და ამონიუმის ქლორიდის ხსნარი. წყალხსნარში ამონიუმის ქლორიდი მთლიანად იშლება

ამიაკი მხოლოდ ნაწილობრივ იშლება წყალში

როდესაც ამ ბუფერულ ხსნარს მჟავა ემატება, ის განეიტრალება იონების მიერ, შედეგად წონასწორობა (10) გადადის მარჯვნივ. ეს ცვლა ინარჩუნებს იონების მუდმივ კონცენტრაციას და, შესაბამისად, მუდმივობას

ბაზის დამატებისას წონასწორობა (10) გადადის მარცხნივ და OH იონების კონცენტრაცია მუდმივია. ბუფერულ ხსნარში ამონიუმის ქლორიდის არსებობა უზრუნველყოფს მასში იონების დიდ მარაგს, რაც შესაძლებელს ხდის ბაზის დამატებული ნაწილების ეფექტის კომპენსირებას.

ჰენდერსონის განტოლება ბუფერული ხსნარისთვის, რომელიც შეიცავს სუსტ ფუძეს და მის ერთ-ერთ მარილს

ბუფერული აპლიკაციები

ბუფერული ხსნარები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ ტექნოლოგიურ პროცესში. ისინი გამოიყენება, მაგალითად, დამცავი საფარის ელექტროქიმიურ გამოყენებაში, საღებავების, ფოტომასალის და ტყავის წარმოებაში. გარდა ამისა, ბუფერული ხსნარები ფართოდ გამოიყენება ქიმიურ ანალიზში და pH მრიცხველების დაკალიბრებისთვის (იხ. თავი 10).

ბევრი ბიოლოგიური და სხვა სისტემა დამოკიდებულია მათში შემავალ ბუფერულ ხსნარებზე მუდმივი pH-ის შესანარჩუნებლად. ზოგიერთი ამ სისტემისთვის pH ნორმალური მნიშვნელობები ჩამოთვლილია ცხრილში. 8.6. მაგალითად, ადამიანის ორგანიზმში სისხლის pH შენარჩუნებულია 7,35-დან 7,45-მდე, მიუხედავად იმისა, რომ ნახშირორჟანგის და, შესაბამისად, ნახშირბადის მჟავას შემცველობა სისხლში შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. სისხლში შემავალი ბუფერი არის ფოსფატის, ბიკარბონატის და ცილების ნაზავი. პროტეინის ბუფერები ინარჩუნებენ ცრემლის pH-ს 7.4-ზე. ბაქტერიოლოგიურ კვლევებში, ბაქტერიების გასაზრდელად გამოყენებული კულტურის მედიის მუდმივი pH-ის შესანარჩუნებლად, ასევე აუცილებელია ბუფერული ხსნარების გამოყენება.

ცხრილი 8.6, pH მნიშვნელობები ზოგიერთი ბიოლოგიური სისტემისთვის და სხვა ხსნარებისთვის

შესავალი

ბუფერული გადაწყვეტილებები (ბუფერული ნარევები, ბუფერები) - ხსნარები, რომლებიც შეიცავს ბუფერულ სისტემებს და, შედეგად, აქვთ უნარი შეინარჩუნონ pH მუდმივ დონეზე. ისინი ჩვეულებრივ მზადდება სუსტი მჟავისა და მისი ტუტე მეტალის მარილის წყალში შესაბამისი პროპორციების გახსნით, სუსტი მჟავის ძლიერი ტუტეთ ან სუსტი ფუძის ძლიერი მჟავით ნაწილობრივ განეიტრალებით და პოლიბაზური მჟავის მარილების ნარევის გახსნით. ამ გზით მომზადებული ბუფერული ხსნარების pH მნიშვნელობა ოდნავ განსხვავდება ტემპერატურის მიხედვით. pH მნიშვნელობების დიაპაზონი, რომელშიც ბუფერულ ხსნარს აქვს სტაბილური ბუფერული თვისებები, არის pK ± 1 ფარგლებში (pK არის მის შემადგენლობაში შემავალი სუსტი მჟავის დისოციაციის მუდმივის უარყოფითი ათობითი ლოგარითმი). ყველაზე ცნობილი ბუფერული ხსნარებია: სერენსენის გლიცინი, უოლპოლეს აცეტატი, სერენსენის ფოსფატი, პალიკის ბორატი, მიქაელისის ვერონალი, კოლტოფის კარბონატი, ტრის ბუფერი, უნივერსალური მიქაელისის ვერონალი და ა.შ.

ლაბორატორიულ პრაქტიკაში ბუფერულ ხსნარებს იყენებენ გარემოს აქტიური რეაქციის შესანარჩუნებლად გარკვეულ მუდმივ დონეზე და pH-ის (pH) დასადგენად - როგორც სტანდარტული ხსნარები სტაბილური pH მნიშვნელობებით და ა.შ.

ბუფერული ნარევები

თუ რაიმე მჟავას ან ტუტეს ხსნარს ემატება წყალი, მაშინ, რა თქმა უნდა, წყალბადის ან ჰიდროქსილის იონების კონცენტრაცია შესაბამისად მცირდება. მაგრამ თუ თქვენ დაამატეთ გარკვეული რაოდენობის წყალი ძმარმჟავას და ნატრიუმის აცეტატის ნარევს ან ამონიუმის ჰიდროქსიდისა და ამონიუმის ქლორიდის ნარევს, მაშინ ამ ხსნარებში წყალბადის და ჰიდროქსილის იონების კონცენტრაცია არ შეიცვლება.

ზოგიერთი ხსნარის თვისება შეინარჩუნოს წყალბადის იონების კონცენტრაცია უცვლელი განზავებისას, აგრეთვე მცირე რაოდენობით ძლიერი მჟავების ან ტუტეების დამატებისას, ცნობილია როგორც ბუფერული მოქმედება.

ხსნარებს, რომლებიც ერთდროულად შეიცავს სუსტ მჟავას და მის მარილს ან სუსტ ფუძეს და მის მარილს და აქვთ ბუფერული ეფექტი, ეწოდება ბუფერული ხსნარები. ბუფერული ხსნარები შეიძლება ჩაითვალოს ელექტროლიტების ნარევებად, რომლებსაც აქვთ ამავე სახელწოდების იონები. სუსტი მჟავის ან სუსტი ფუძის და მათი მარილების არსებობა ხსნარში ამცირებს განზავების ეფექტს ან სხვა მჟავებისა და ფუძეების მოქმედებას ხსნარის pH-ზე.

ასეთი ბუფერული ხსნარებია CH-ის შემდეგი ნარევები 3 COOH + CH 3 C OON a, NH 4 OH + NH 4 Cl, Na 2 CO 3 + NaHCO 3 და ა.შ.

ბუფერულ ხსნარებს, რომლებიც წარმოადგენენ სუსტი მჟავების და მათი მარილების ნარევებს, ჩვეულებრივ აქვთ მჟავე რეაქცია (pH<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН 3 COOP + 0.1 მ CH ხსნარი 3 CO ON-ს აქვს pH = 4,7.

ბუფერულ ხსნარებს, რომლებიც წარმოადგენენ სუსტი ფუძეების და მათი მარილების ნარევებს, როგორც წესი, აქვთ ტუტე რეაქცია (pH> 7). მაგალითად, 0.1 მ ხსნარის ბუფერული ნარევი N H 4 OH + 0.1M N H 4 C1 ხსნარს აქვს pH = 9.3.

მჟავა-ტუტოვანი ბუფერული ხსნარები

ფართო გაგებით, ბუფერულ სისტემებს უწოდებენ სისტემებს, რომლებიც ინარჩუნებენ პარამეტრის გარკვეულ მნიშვნელობას, როდესაც შემადგენლობა იცვლება. ბუფერული ხსნარები შეიძლება იყოს

- მჟავა-ტუტოვანი - შეინარჩუნეთ მუდმივი pH მნიშვნელობა მცირე რაოდენობით მჟავას ან ფუძის დამატებით.

რედოქსი - შეინარჩუნეთ სისტემის პოტენციალი მუდმივი ჟანგვის ან შემცირების აგენტების შეყვანისას.

ცნობილი ლითონის ბუფერული ხსნარები, რომლებიც ინარჩუნებენ მუდმივ pH-ს.

ყველა შემთხვევაში, ბუფერული ხსნარი არის კონიუგირებული წყვილი. კერძოდ, მჟავა-ტუტოვანი ბუფერული ხსნარები შეიცავს კონიუგირებულ მჟავა-ტუტოვან წყვილს. ამ ხსნარების ბუფერული ეფექტი განპირობებულია ზოგადი ტიპის მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის არსებობით:

ჩართული ↔ H + + A -

მჟავა კონიუგატი

ბაზა

B + H + ↔ HH +

ო კონიუგირებული დეფორმაცია

მჟავა

ვინაიდან ამ განყოფილებაში განიხილება მხოლოდ მჟავა-ტუტოვანი ბუფერული ხსნარები, ჩვენ მათ ბუფერულ ხსნარებს დავარქმევთ და სახელში გამოვტოვებთ „მჟავა-ტუტის“ ხსნარებს.

ბუფერული ხსნარები არის ხსნარები, რომლებიც ინარჩუნებენ მუდმივ pH-ს განზავებისას და მცირე რაოდენობით მჟავას ან ფუძის დამატებას.

ბუფერული სისტემების კლასიფიკაცია

1. სუსტი მჟავების და მათი მარილების ხსნარების ნარევები. მაგალითად, აცეტატის ბუფერული ხსნარი.

2. სუსტი ფუძეების ხსნარებისა და მათი მარილების ნარევები. მაგალითად, ამონიუმის ბუფერული ხსნარი.

3. სხვადასხვა ხარისხის ჩანაცვლების პოლიბაზური მჟავების მარილების ხსნარების ნარევები. მაგალითად, ფოსფატის ბუფერული ხსნარი.

4. ამფოლიტების იონები და მოლეკულები. ეს მოიცავს, მაგალითად, ამინომჟავებს და ცილის ბუფერულ სისტემებს. იზოელექტრო მდგომარეობაში ყოფნისას, ამინომჟავები და ცილები არ არის ბუფერული. ბუფერული ეფექტი ჩნდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც მათ ემატება გარკვეული რაოდენობის მჟავა ან ტუტე. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ცილის ორი ფორმის ნარევი: ა) სუსტი „ცილის მჟავა“ + ამ სუსტი მჟავას მარილი; ბ) სუსტი „ცილოვანი ბაზა“ + ამ სუსტი ფუძის მარილი. ამრიგად, ამ ტიპის ბუფერული სისტემები შეიძლება მიეკუთვნებოდეს პირველი ან მეორე ტიპის ბუფერულ სისტემებს.

ბუფერული ხსნარების pH გაანგარიშება

ბუფერული სისტემების pH-ის გამოთვლა ეფუძნება მასის მოქმედების კანონს მჟავა-ტუტოვანი ბალანსისთვის. ბუფერული სისტემისთვის, რომელიც შედგება სუსტი მჟავისა და მისი მარილისგან, როგორიცაა აცეტატი, იონის კონცენტრაცია H+ მარტივი გამოთვლა ძმარმჟავას წონასწორობის მუდმივიდან:

CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +

(1).

(1)-დან გამომდინარეობს, რომ წყალბადის იონების კონცენტრაცია ტოლია

(2)

CH 3-ის თანდასწრებით COONa ძმარმჟავას მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი გადატანილია მარცხნივ. მაშასადამე, არადისოცირებული ძმარმჟავას კონცენტრაცია პრაქტიკულად უტოლდება მჟავას კონცენტრაციას, ე.ი. [CH 3 COOH] = მჟავასთან ერთად.

აცეტატის იონების ძირითადი წყარო ძლიერი ელექტროლიტია CH 3 COONa:

CH 3 COONa → Na + + CH 3 COO -,

აქედან გამომდინარე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ [ CH 3 COO -] = მარილისგან . გამოთქმული დაშვებების გათვალისწინებით, განტოლება (2) იღებს ფორმას:

აქედან ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება მიიღება სუსტი მჟავისა და მისი მარილისგან შემდგარი ბუფერული სისტემებისთვის:

(3)

ბუფერული სისტემისთვის, რომელიც შედგება სუსტი ფუძისა და მისი მარილისგან, როგორიცაა ამიაკი, წყალბადის იონების კონცენტრაცია ხსნარში შეიძლება გამოითვალოს სუსტი ფუძის დისოციაციის მუდმივიდან.

NH 3 × H 2 O \u003d NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH -

(4)

ჩვენ გამოვხატავთ იონების კონცენტრაციასოჰ- წყლის იონური პროდუქტისგან

(5)

და ჩაანაცვლეთ (4).

(6)

(6)-დან გამომდინარეობს, რომ წყალბადის იონების კონცენტრაცია ტოლია

(7)

NH 4 Cl-ის თანდასწრებით მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი გადატანილია მარცხნივ. მაშასადამე, არადისოცირებული ამიაკის კონცენტრაცია პრაქტიკულად უდრის ამიაკის კონცენტრაციას, ე.ი. [ NH 4 OH] = ძირითადი.

ამონიუმის კათიონების ძირითადი წყარო ძლიერი ელექტროლიტია NH4Cl:

NH 4 Cl → NH 4 + + Cl -,

აქედან გამომდინარე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ [ NH 4 +] = მარილისგან . გამოთქმული დაშვებების გათვალისწინებით, განტოლება (7) იღებს ფორმას:

(8)

აქედან ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება მიიღება სუსტი ფუძისა და მისი მარილისგან შემდგარი ბუფერული სისტემებისთვის:

(9)

ანალოგიურად, შეგიძლიათ გამოთვალოთ ბუფერული სისტემის pH, რომელიც შედგება სხვადასხვა ხარისხის ჩანაცვლების პოლიბაზური მჟავების მარილების ხსნარებისგან, მაგალითად, ფოსფატი, რომელიც შედგება ჰიდროფოსფატის ხსნარების ნარევისგან ( Na2HPO4 ) და დიჰიდროფოსფატი ( NaH2PO4 ) ნატრიუმი. მისი მოქმედება ეფუძნება მჟავა-ტუტოვანი ბალანსს:

H 2 PO 4 - ↔ H + + HPO 4 2-

სუსტი მჟავა კონიუგირებული ფუძე

(10)

წყალბადის იონების კონცენტრაციის გამოხატვა (10) და შემდეგი დაშვებების გამოთქმა:

[H 2 PO 4 - ] = c (H 2 PO 4 - ); [HPO 4 2- ] = c (HPO 4 2-), ვიღებთ:

(11).

ამ გამოხატვის ლოგარითმის აღებით და ნიშნების შებრუნებით, მივიღებთ ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლებას ფოსფატის ბუფერული სისტემის pH-ის გამოსათვლელად.

(12),

სადაც pK b (H 2 PO 4 - ) არის დისოციაციის მუდმივის უარყოფითი ათობითი ლოგარითმი

ფოსფორის მჟავა მეორე ეტაპზე; ერთად ( H 2 PO 4 - ) და (HPO 4 2- ), შესაბამისად, მჟავისა და მარილის კონცენტრაცია.

ბუფერული ხსნარების თვისებები

ბუფერული ხსნარების pH მნიშვნელობა უცვლელი რჩება განზავებისას, როგორც ჩანს ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლებიდან. როდესაც ბუფერული ხსნარი განზავებულია წყლით, ნარევის ორივე კომპონენტის კონცენტრაცია მცირდება ერთსა და იმავე რაოდენობაზე. ამიტომ, pH მნიშვნელობა არ უნდა შეიცვალოს. თუმცა, გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ pH-ის გარკვეული ცვლილება, თუმცა უმნიშვნელო, მაინც ხდება. ეს აიხსნება იმით, რომ ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება არის მიახლოებითი და არ ითვალისწინებს იონთაშორის ურთიერთქმედებებს. ზუსტ გამოთვლებში მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული კონიუგირებული მჟავებისა და ფუძეების აქტივობის კოეფიციენტების ცვლილება.

ბუფერული ხსნარები ცვლის pH-ს მცირე რაოდენობით მჟავას ან ფუძის დამატებას. ბუფერული ხსნარების უნარი შეინარჩუნონ მუდმივი pH, როდესაც მათ ემატება მცირე რაოდენობით ძლიერი მჟავა ან ძლიერი ფუძე, ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ბუფერული ხსნარის ერთ კომპონენტს შეუძლია ურთიერთქმედება H-თან.+ დაემატა მჟავა, ხოლო მეორე OH- დაემატა ბაზა. შედეგად, ბუფერულ სისტემას შეუძლია ორივე დააკავშიროს H + და OH - და გარკვეულ ზღვრამდე pH მნიშვნელობის მუდმივობის შესანარჩუნებლად. მოდით ვაჩვენოთ ეს ფორმატის ბუფერული სისტემის მაგალითის გამოყენებით, რომელიც არის კონიუგირებული მჟავა-ტუტოვანი წყვილი. HCOOH/HCOO- . წონასწორობა ფორმატის ბუფერულ ხსნარში შეიძლება წარმოდგენილი იყოს განტოლებით:

HCOOH ↔ HCOO-+H+

როდესაც ემატება ძლიერი მჟავა, კონიუგირებული ბაზა HCOO- აკავშირებს დამატებულ იონებს H+ სუსტ ჭიანჭველა მჟავად გადაქცევა:

HCOO - + H + ↔ HCOOH

ლე შატელიეს პრინციპის მიხედვით, წონასწორობა მარცხნივ გადადის.

როდესაც ტუტე ემატება, ჭიანჭველა მჟავას პროტონები აკავშირებს დამატებულ OH იონებს- წყლის მოლეკულებში:

HCOOH + OH - → HCOO - + H 2 O

მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი Le Chatelier-ის მიხედვით გადაინაცვლებს მარჯვნივ.

ორივე შემთხვევაში შეფარდებაში მცირე ცვლილებებია HCOOH/HCOO- , მაგრამ ამ თანაფარდობის ლოგარითმი ოდნავ იცვლება. შესაბამისად, ხსნარის pH ასევე ოდნავ იცვლება.

ბუფერული მოქმედების არსი

ბუფერული ხსნარების მოქმედება ემყარება იმ ფაქტს, რომ ბუფერული ნარევების ცალკეული კომპონენტები აკავშირებენ წყალბადის ან ჰიდროქსილის იონებს მჟავებსა და მათში შეყვანილ ფუძეებს სუსტი ელექტროლიტების წარმოქმნით. მაგალითად, თუ ბუფერული ხსნარი შეიცავს სუსტი მჟავას HAნ და ამ მჟავის მარილიკტ ა ნ დაამატეთ ტუტე, შემდეგ მოხდება სუსტი ელექტროლიტ-წყლის წარმოქმნის რეაქცია:

H + + OH → H 2 O

ამიტომ, თუ მჟავას შემცველ ბუფერულ ხსნარს ემატება ტუტე, მაშინ წყალბადის იონები წარმოიქმნება HA მჟავას ელექტროლიტური დისოციაციის დროს.ნ , უკავშირდება დამატებული ტუტეს ჰიდროქსილის იონებს, წარმოქმნის სუსტ ელექტროლიტ-წყალს. დახარჯული წყალბადის იონების ნაცვლად, HA მჟავის შემდგომი დისოციაციის გამონ ჩნდება წყალბადის ახალი იონები. შედეგად, ყოფილი კონცენტრაცია H+ - ბუფერულ ხსნარში იონები აღდგება თავდაპირველ მნიშვნელობამდე.

თუ მითითებულ ბუფერულ ნარევს დაემატება ძლიერი მჟავა, მაშინ მოხდება შემდეგი რეაქცია:

H + + A n - → ON n

იმათ. და n - - K მარილის ელექტროლიტური დისოციაციის დროს წარმოქმნილი იონები t A n დამატებული მჟავის წყალბადის იონებთან შერწყმით წარმოიქმნება სუსტი მჟავის მოლეკულები. ამრიგად, წყალბადის იონების კონცენტრაცია დამატებული ძლიერი მჟავიდან ბუფერულ ნარევში პრაქტიკულად არ შეიცვლება. სხვა ბუფერული ნარევების ეფექტი შეიძლება აიხსნას ანალოგიურად.

pH მნიშვნელობა ბუფერულ ხსნარებში

კოეფიციენტების შეცვლით შეგიძლიათ მიიღოთ ბუფერი

ხსნარები, რომლებიც განსხვავდება pH-ის გლუვი ცვლილებით მათი მინიმალური შესაძლო მნიშვნელობებისაგან. სუსტი მჟავის წყალხსნარში

[ H + ] = √K HAn * C HAn

სადაც

pH = − lg [ Н + ] = − − log K HAn − − log C HAn

მაგრამ ვინაიდან K HAN არის მუდმივი მნიშვნელობა, უმჯობესია მისი წარმოდგენა ფორმაში pK HAN იმათ. ელექტროლიტური დისოციაციის მუდმივის მაჩვენებელი: pK Han = − log K HAn .

შემდეგ ვიღებთ ამას სუსტი მჟავის წყალხსნარში:

pH = - log [H + ] = - - pK HAn - - pC HAn

როდესაც სუსტი მჟავა ემატება მისი მარილის წყალხსნარს, ხსნარის pH შეიცვლება.

განტოლების მიხედვით სუსტი მჟავისა და მისი მარილის ნარევის შემცველ ხსნარში [Н+ ] = K HAN

მაშინ

pH \u003d - lg [H + ] \u003d - lg K HAn - lg C HAn + lg C Kt A n.

ანალოგიურად, ჩვენ გამოვიყვანთ სუსტი ბაზების ფორმულას:

[OH] = √KKtOH * CKtOH

pOH = − log [OH] = − − log K KtOH − − log C KtOH

წყალბადის იონების კონცენტრაცია ასევე გამოიხატება შემდეგი ფორმულით [H+ ] = ასე

pH = pK w − (− pK KtOH − − lg C KtOH)

განტოლების მიხედვით, ხსნარში, რომელიც შეიცავს სუსტი ფუძისა და მისი მარილის ნარევს

[H+]=

ტ . ე .

pH \u003d - log [H + ] \u003d - log K w + log K KtOH - logC Kt A n + log C KtOH.

არ არის საჭირო ფორმულიდან მიღებული pH-ის მნიშვნელობების დამახსოვრება, რადგან ისინი ძალიან მარტივად მიიღება მარტივი ფორმულების ლოგარითმის აღებით, რომლებიც გამოხატავს [H-ის მნიშვნელობას.+ ].

ბუფერული სიმძლავრე

ბუფერული ხსნარების უნარი შეინარჩუნონ მუდმივი pH მნიშვნელობა არ არის შეუზღუდავი და დამოკიდებულია ბუფერული ხსნარის ხარისხობრივ შემადგენლობაზე და მისი კომპონენტების კონცენტრაციაზე. როდესაც ბუფერულ ხსნარს ემატება ძლიერი მჟავა ან ტუტე მნიშვნელოვანი რაოდენობა, შეინიშნება pH-ის შესამჩნევი ცვლილება. უფრო მეტიც, სხვადასხვა ბუფერული ნარევებისთვის, შემადგენლობით განსხვავებული, შემადგენლობით ერთმანეთისგან განსხვავებული, ბუფერული ეფექტი არ არის იგივე. ამრიგად, ბუფერული ნარევები შეიძლება გამოირჩეოდეს მათი წინააღმდეგობის სიძლიერით ბუფერულ ხსნარში შეყვანილი მჟავებისა და ტუტეების მოქმედების მიმართ იმავე რაოდენობით და გარკვეული კონცენტრაციით. გარკვეული კონცენტრაციის მჟავას ან ტუტეს შეზღუდულ რაოდენობას (მოლ/ლ ან გ-ეკვ/ლ), რომელიც შეიძლება დაემატოს ბუფერულ ხსნარს ისე, რომ მისი pH მნიშვნელობა შეიცვალოს მხოლოდ ერთი ერთეულით, ეწოდება ბუფერული სიმძლავრე.

თუ მნიშვნელობა [H + ერთი ბუფერული ხსნარის ] იცვლება, როდესაც ძლიერ მჟავას ემატება [Н+ ] კიდევ ერთი ბუფერული ხსნარი იმავე რაოდენობის მჟავის დამატებისას, პირველ ნარევს აქვს უფრო დიდი ბუფერული ტევადობა. იგივე ბუფერული ხსნარისთვის, რაც უფრო დიდია ბუფერული სიმძლავრე, მით უფრო მაღალია მისი კომპონენტების კონცენტრაცია.

ძლიერი მჟავებისა და ფუძეების ხსნარების ბუფერული თვისებები.

ძლიერი მჟავებისა და ფუძეების ხსნარებს საკმარისად მაღალი კონცენტრაციით ასევე აქვთ ბუფერული ეფექტი. კონიუგატური სისტემები ამ შემთხვევაში არის H 3 O + / H 2 O - ძლიერი მჟავებისთვის და OH- /N 2 O - ძლიერი ბაზებისთვის. ძლიერი მჟავები და ფუძეები მთლიანად დისოცირებულია წყალხსნარებში და ამიტომ ხასიათდება ჰიდრონიუმის იონების მაღალი კონცენტრაციით.ან ჰიდროქსილის იონები. მათ ხსნარებში მცირე რაოდენობით ძლიერი მჟავის ან ძლიერი ფუძის დამატება მხოლოდ უმნიშვნელო გავლენას ახდენს ხსნარის pH-ზე.

ბუფერული ხსნარების მომზადება

1. განზავება შესაბამისი ფიქსანალების მოცულობით კოლბაში.

2. ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლების მიხედვით გამოთვლილი შესაფერისი კონიუგირებული მჟავა-ტუტოვანი წყვილების რაოდენობების შერევა.

3. სუსტი მჟავის ნაწილობრივი განეიტრალება ძლიერი ტუტეთ ან სუსტი ფუძის ძლიერი მჟავით.

იმის გამო, რომ ბუფერული თვისებები ძალიან სუსტია, თუ ერთი კომპონენტის კონცენტრაცია 10-ჯერ ან მეტს განსხვავდება მეორის კონცენტრაციისგან, ბუფერულ ხსნარებს ხშირად ამზადებენ ორივე კომპონენტის თანაბარი კონცენტრაციის ხსნარების შერევით ან რეაგენტის შესაბამისი რაოდენობის დამატებით. ერთი კომპონენტის ხსნარი, რაც იწვევს კონიუგირებული ფორმის თანაბარი კონცენტრაციის წარმოქმნას. საცნობარო ლიტერატურა შეიცავს დეტალურ რეცეპტებს ბუფერული ხსნარების მოსამზადებლად სხვადასხვა pH მნიშვნელობებისთვის.

ბუფერული ხსნარების გამოყენება ქიმიურ ანალიზში

ბუფერული ხსნარები ფართოდ გამოიყენება ქიმიურ ანალიზში იმ შემთხვევებში, როდესაც ექსპერიმენტის პირობების მიხედვით, ქიმიური რეაქცია უნდა მიმდინარეობდეს ზუსტი pH მნიშვნელობის შენარჩუნებით, რომელიც არ იცვლება ხსნარის განზავებისას ან მასში სხვა რეაგენტების დამატებისას. მაგალითად, დაჟანგვა-აღდგენითი რეაქციის ჩატარებისას სულფიდების, ჰიდროქსიდების, კარბონატების, ქრომატების, ფოსფატების და ა.შ.

აქ მოცემულია მათი გამოყენების რამდენიმე შემთხვევა ანალიზის მიზნებისთვის:

აცეტატის ბუფერული ხსნარი (CH3COOH + CH 3 COO Na ; pH \u003d 5) გამოიყენება ნალექების დასალექად, რომლებიც არ არის ნალექი მჟავე ან ტუტე ხსნარებში. მჟავების მავნე მოქმედებას თრგუნავს ნატრიუმის აცეტატი, რომელიც რეაგირებს ძლიერ მჟავასთან. Მაგალითად:

HC1 + CH 3 COO N a → CH 3 COOH + Na C1

ან იონური ფორმით

H + + CH 3 COO → CH 3 COOH.

ამიაკი-ამონიუმის ბუფერული ხსნარი ( N H 4 OH + N H 4 C1; pH = 9) გამოიყენება ბარიუმის, სტრონციუმის, კალციუმის კარბონატების დალექვისა და მაგნიუმის იონებისგან მათი გამოყოფისას; ნიკელის, კობალტის, თუთიის, მანგანუმის და რკინის სულფიდების ნალექების დროს; ასევე ალუმინის, ქრომის, ბერილიუმის, ტიტანის, ცირკონიუმის, რკინის და ა.შ. ჰიდროქსიდების იზოლაციაში.

ფორმატის ბუფერული ხსნარი (HCOOH + HCOOნ ა; pH = 2) გამოიყენება სახით დალექილი თუთიის იონების გამოყოფისას ZnS კობალტის, ნიკელის, მანგანუმის, რკინის, ალუმინის და ქრომის იონების თანდასწრებით.

ფოსფატის ბუფერული ხსნარი ( N a 2 HPO 4 + N aH 2 RO; pH = 8) გამოიყენება მრავალი რედოქსული რეაქციის განსახორციელებლად.

ანალიზისთვის ბუფერული ნარევების წარმატებით გამოსაყენებლად, უნდა გვახსოვდეს, რომ ყველა ბუფერული ნარევი არ არის შესაფერისი ანალიზისთვის. ბუფერული ნარევი შეირჩევა მისი დანიშნულების მიხედვით. ის უნდა აკმაყოფილებდეს გარკვეულ ხარისხობრივ შემადგენლობას და მისი კომპონენტები უნდა იყოს წარმოდგენილი ხსნარში გარკვეული რაოდენობით, რადგან ბუფერული ნარევების ეფექტი დამოკიდებულია მათი კომპონენტების კონცენტრაციის თანაფარდობაზე.

ზემოთ ჩამოთვლილი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ცხრილის სახით.

ანალიზში გამოყენებული ბუფერული ხსნარები

ბუფერული ნარევი	ნარევის შემადგენლობა (მოლური თანაფარდობით 1:1)	pH
ფორმატირება	ჭიანჭველა მჟავა და ნატრიუმის ფორმატი
ბენზოატი	ბენზოინის მჟავა და ამონიუმის ბენზოატი
აცეტატი	ძმარმჟავა და ნატრიუმის აცეტატი
ფოსფატი	ნატრიუმის ფოსფატი ერთჯერადი და ორგანულად ჩანაცვლებული
ამონიუმი	ამონიუმის ჰიდროქსიდი და ამონიუმის ქლორიდი

მჟავა მარილების ნარევებს წყალბადის ლითონით განსხვავებული ჩანაცვლებით ასევე აქვთ ბუფერული ეფექტი. მაგალითად, დიჰიდროფოსფატისა და ნატრიუმის წყალბადოფოსფატის ბუფერულ ნარევში პირველი მარილი სუსტი მჟავის როლს ასრულებს, მეორე კი მისი მარილის როლს.

სუსტი მჟავისა და მისი მარილის კონცენტრაციის ცვლილებით შესაძლებელია ბუფერული ხსნარების მიღება განსაზღვრული pH მნიშვნელობებით.

კომპლექსური ბუფერული სისტემები ასევე მოქმედებს ცხოველურ და მცენარეულ ორგანიზმებში, რომლებიც ინარჩუნებენ სისხლის, ლიმფის და სხვა სითხეების მუდმივ pH-ს. ნიადაგს ასევე აქვს ბუფერული თვისებები, რომლებიც ეწინააღმდეგება გარე ფაქტორებს, რომლებიც ცვლის ნიადაგის ხსნარის pH-ს, მაგალითად, როდესაც მჟავები ან ფუძეები შედის ნიადაგში.

დასკვნა

ასე რომ, ბუფერულ გადაწყვეტილებებს უწოდებენ გადაწყვეტილებებს, რომლებიც მხარს უჭერენმუდმივი pH მნიშვნელობა, როდესაც განზავებულია და ემატება მცირე რაოდენობით მჟავა ან ფუძე. ბუფერული ხსნარების მნიშვნელოვანი თვისებაა მათი უნარი შეინარჩუნონ მუდმივი pH მნიშვნელობა ხსნარის განზავებისას. მჟავებისა და ფუძეების ხსნარებს არ შეიძლება ეწოდოს ბუფერული ხსნარები, რადგან წყლით განზავებისას იცვლება ხსნარის pH. ყველაზე ეფექტური ბუფერული ხსნარები მზადდება სუსტი მჟავისა და მისი მარილის ან სუსტი ფუძისა და მისი მარილის ხსნარებისგან.

ბუფერული ხსნარები შეიძლება ჩაითვალოს ელექტროლიტების ნარევებად, რომლებსაც აქვთ ამავე სახელწოდების იონები. ბუფერული ხსნარები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მრავალ ტექნოლოგიურ პროცესში. ისინი გამოიყენება, მაგალითად, დამცავი საფარის ელექტროქიმიურ გამოყენებაში, საღებავების, ტყავის, ფოტოგრაფიული მასალების წარმოებაში. ბუფერული ხსნარები ფართოდ გამოიყენება ქიმიურ ანალიზში და pH მრიცხველების დაკალიბრებისთვის.

ბევრი ბიოლოგიური სითხე ბუფერული ხსნარია. მაგალითად, ადამიანის ორგანიზმში სისხლის pH შენარჩუნებულია 7,35-დან 7,45-მდე; კუჭის წვენი 1,6-დან 1,8-მდე; ნერწყვი 6.35-დან 6.85-მდე. ასეთი ხსნარების კომპონენტებია კარბონატები, ფოსფატები და ცილები. ბაქტერიოლოგიურ კვლევებში ბაქტერიების გაშენება ასევე მოითხოვს ბუფერული ხსნარების გამოყენებას.

ლიტერატურა

1. კრეშკოვი ა.პ. ანალიზური ქიმიის საფუძვლები. წიგნი 1. - M: ქიმია, 1965 წ. -498 გვ.

2. ციტოვიჩ ი.კ. ანალიტიკური ქიმიის კურსი: სახელმძღვანელო უმაღლესი სკოლებისთვის. - პეტერბურგი: "ლან", 2007 - 496 გვ.

3. კრეშკოვი A.P., Yaroslavtsev A.A. ანალიტიკური ქიმიის კურსი. წიგნი 1. თვისებრივი ანალიზი - მე-2 გამოცემა შესწორებული. - მ.: ქიმია, 1964 - 432 გვ.

4. ქიმია: საცნობარო წიგნი საშუალო სკოლის სტუდენტებისა და უნივერსიტეტის აპლიკანტებისთვის / რედ. ლიდია რ.ა., ალიკბეროვა ლ.იუ. - მ.: AST-PRESS SCHOOL, 2007 წ -512 წ.

5. Osipov Yu.S., დიდი რუსული ენციკლოპედია: 30 ტომად T.4.- M.: დიდი რუსული ენციკლოპედია 2006 წ. - 751 გვ.

6. მიხაილენკო ია.ი., შესავალი ქიმიურ ანალიზში, გოშიმტეხიზდატი, 1933 წ.