Эссе На Тему Применение Буферных Растворов
Эссе На Тему Применение Буферных Растворов
Буферные растворы (буферные смеси, буферы)
Описание: Их обычно готовят путем растворения в воде взятых в соответствующих пропорциях слабой кислоты и ее соли образованной щелочным металлом частичной нейтрализацией слабой кислоты сильной щелочью или слабого основания сильной кислотой растворением смеси солей многоосновной кислоты. Интервал значений рН в котором буферный раствор обладает устойчивыми буферными свойствами лежит в пределах рК 1 рК - отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации слабой кислоты входящей в его состав. БУФЕРНЫЕ СМЕСИ Если к раствору какой-либо кислоты...
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
[2.1] Кислотно-основные буферные растворы
[2.2] Классификация буферных систем
[2.6] Значение рН в буферных растворах
[2.8] Буферные свойства растворов сильных кислот и оснований.
[2.9] Приготовление буферных растворов
[2.10] Применение буферных растворов в химическом анализе
БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ (буферные смеси, буферы) - растворы, содержащие буферные системы и обладающие вследствие этого способностью поддерживать рН на постоянном уровне. Их обычно готовят путем растворения в воде взятых в соответствующих пропорциях слабой кислоты и ее соли, образованной щелочным металлом, частичной нейтрализацией слабой кислоты сильной щелочью или слабого основания сильной кислотой, растворением смеси солей многоосновной кислоты. Величина рН приготовленных таким образом буферных растворов незначительно меняется с температурой. Интервал значений рН, в котором буферный раствор обладает устойчивыми буферными свойствами, лежит в пределах рК ± 1 (рК - отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации слабой кислоты, входящей в его состав). Наиболее известными буферными растворами являются: глициновый Серенсена, ацетатный Вальполя, фосфатный Серенсена, боратный Палича, вероналовый Михаэлиса, карбонатный Кольтгофа, трис-буфер, универсальный вероналовый Михаэлиса и др.
В лабораторной практике буферные растворы применяются для сохранения активной реакции среды на определенном неизменном уровне и для определения водородного показателя (рН) - в качестве стандартных растворов с устойчивыми значениями рН и др.
Если к раствору какой-либо кислоты или щелочи прибавить воду, то, разумеется, концентрация ионов водорода или гидроксила соответственно уменьшается. Но если прибавить некоторое количество воды к смеси уксусной кислоты и ацетата натрия или к смеси гидроокиси аммония и хлорида аммония, то концентрация ионов водорода и гидроксила в этих растворах не изменится.
Свойства некоторых растворов сохранять неизменной концентрацию ионов водорода при разбавлении, а также при добавлении небольших количеств сильных кислот или щелочей известно под названием буферного действия.
Растворы, содержащие одновременно какую-либо слабую кислоту и ее соль или какое-либо слабое основание и его соль и оказывающие буферное действие, называют буферными растворами. Буферные растворы можно рассматривать как смеси электролитов, имеющих одноименные ионы. Присутствие в растворе слабой кислоты или слабого основания и их солей уменьшает влияние разбавления или действия других кислот и основании на рН раствора.
Такими буферными растворами являются следующие смеси СН3СООН+СН3СOONа, NH4OH + NH4Cl, Na2CO3 + NaHCO3 и др.
Буферный растворы, представляющие собой смеси слабых кислот и их солей, как правило имеют кислую реакцию (рН<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН3СООР + 0,1М раствора СН3СОONa имеет рН = 4,7.
Буферные растворы, представляющие собой смеси слабых основании и их солей, как правило, имеют щелочную реакцию (рН>7). Например, буферная смесь 0,1М раствора NН4ОН + 0,1М раствора NН4С1 имеет рН = 9,3.
В широком смысле буферными называют системы, поддерживающие определенное значение какого-либо параметра при изменении состава. Буферные растворы могут быть
– кислотно-основными - поддерживают постоянное значение рН при добавлении небольших количеств кислоты или основания.
- окислительно-восстановительными – сохраняют постоянным потенциал системы при введении окислителей или восстановителей.
известны металлобуферные растворы, которые поддерживают постоянное значение рН.
Во всех случаях буферный раствор представляет собой сопряженную пару. В частности, кислотно-основные буферные растворы содержат сопряженную кислотно-основную пару. Буферное действие этих растворов обусловлено наличием кислотно-основного равновесия общего типа:
основание сопряженная
кислота
Так как в данном разделе рассматриваются только кислотно-основные буферные растворы, будем называть их буферными, опуская в названии «кислотно-основные».
Буферными растворами называют растворы, поддерживающие постоянное значение рН при разбавлении и добавлении небольших количеств кислоты или основания.
1. смеси растворов слабых кислот и их солей. Например, ацетатный буферный раствор.
2. смеси растворов слабых оснований и их солей. Например, аммонийный буферный раствор.
3. смеси растворов солей многоосновных кислот различной степени замещения. Например, фосфатный буферный раствор.
4. ионы и молекулы амфолитов. К ним относятся, например, аминокислоты и белковые буферные системы. Находясь в изоэлектрическом состоянии, аминокислоты и белки не являются буферными. Буферное действие проявляется только тогда, когда к ним добавляется некоторое количество кислоты или щелочи. При этом образуется смесь двух форм белка: а) слабая «белок кислота» + соль этой слабой кислоты; б) слабое «белок основание» + соль этого слабого основания. Таким образом, этот тип буферных систем можно отнести к буферным системам первого или второго типа.
В основе расчета рН буферных систем лежит закон действующих масс для кислотно-основного равновесия. Для буферной системы, состоящей из слабой кислоты и ее соли, например, ацетатной, концентрацию ионов H+ легко вычислить, исходя из константы равновесия уксусной кислоты:
Из (1) следует, что концентрация ионов водорода равна
В присутствии CH3COONa кислотно-основное равновесие уксусной кислоты сдвинуто влево. Поэтому концентрация недиссоциированной уксусной кислоты практически равна концентрации кислоты, т.е. [СН3COOH] = скисл.
Главный источник ацетат-ионов – сильный электролит CH3COONa:
Поэтому можно принять, что [CH3COO-] = ссоли. С учетом сделанных допущений уравнение (2) принимает вид:
Отсюда получают уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем, состоящих из слабой кислоты и ее соли:
Для буферной системы, состоящей из слабого основания и его соли, например, аммиачной, концентрацию ионов водорода в растворе можно рассчитать исходя из константы диссоциации слабого основания.
Выразим концентрацию ионов OH- из ионного произведения воды
Из (6) следует, что концентрация ионов водорода равна
В присутствии NH4Cl кислотно-основное равновесие сдвинуто влево. Поэтому концентрация недиссоциированного аммиака практически равна концентрации аммиака, т.е. [NH4OH] = сосн.
Главный источник катионов аммония – сильный электролит NH4Cl:
Поэтому можно принять, что [NH4+] = ссоли. С учетом сделанных допущений уравнение (7) принимает вид:
Отсюда получают уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем, состоящих из слабого основания и его соли:
Аналогичным образом можно рассчитать рН буферной системы, состоящей из смеси растворов солей многоосновных кислот различной степени замещения, например, фосфатной, состоящей из смеси растворов гидрофосфата ( Na2HPO4) и дигидрофосфата ( NaH2PO4) натрия. В основе ее действия лежит кислотно-основное равновесие:
слабая кислота сопряженное основание
Выразив из (10) концентрацию ионов водорода и сделав следующие допущения:
[H2PO4-] = c( H2PO4-); [HPO42-] = c(HPO42-), получим:
Прологарифмировав это выражение и поменяв знаки на противоположные, получим уравнение Гендерсона-Хассельбаха для рассчета рН фосфатной буферной системы
Где рКb(H2PO4-) – отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации
фосфорной кислоты по второй ступени; с (H2PO4-) и с (HPO42-) соответственно концентрации кислоты и соли.
Значение рН буферных растворов остается неизменным при разбавлении, что следует из уравнения Гендерсона-Хассельбаха. При разбавлении буферного раствора водой концентрации обоих компонентов смеси уменьшаются в одинаковое число раз. Следовательно, величина рН при этом не должна изменяться. Однако опыт показывает, что некоторое изменение рН, хотя и незначительное, все же происходит. Это объясняется тем, что уравнение Гендерсона-Хассельбаха является приближенным и не учитывает межионных взаимодействий. При точных расчетах следует учитывать изменение коэффициентов активности сопряженных кислоты и основания.
Буферные растворы мало изменяют рН при добавлении небольших количеств кислоты или основания. Способность буферных растворов поддерживать постоянство рН при добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или сильного основания, основана на том, что одна составная часть буферного раствора может взаимодействовать с H+ прибавляемой кислоты, а другая с OH- прибавляемого основания. Вследствие этого буферная система может связывать как H+, так и OH- и до определенного предела сохранять постоянство величины рН. Продемонстрируем это на примере формиатной буферной системы, представляющей собой сопряженную кислотно-основную пару HCOOH/ HCOO-. Равновесие в растворе формиатного буферного раствора можно представить уравнением:
При добавлении сильной кислоты сопряженное основание HCOO- связывает добавленные ионы H+, превращаясь в слабую муравьиную кислоту:
В соответствии с принципом Ле Шателье равновесие смещается влево.
При добавлении щелочи протоны муравьиной кислоты связывают добавленные ионы ОН- в молекулы воды:
Кислотно-основное равновесие согласно Ле Шателье смещается вправо.
В обоих случаях происходят небольшие изменения в соотношении HCOOH/ HCOO-, но логарифм этого соотношения меняется мало. Следовательно, незначительно меняется и рН раствора.
Действие буферных растворов основано на том, что отдельные компоненты буферных смесей связывают ионы водорода или гидроксила вводимых в них кислот и основании с образованием слабых электролитов. Например, если к буферному раствору, содержащему слабую кислоту НАn и соль этой кислоты KtАn, прибавить щелочь, то произойдет реакция образования слабого электролита-воды:
Следовательно, если к буферному раствору, содержащему кислоту, прибавить щелочь, то ионы водорода, образующиеся при электролитической диссоциации кислоты НАn, связываются с ионами гидроксила прибавленной щелочи, образуя слабый электролит-воду. Вместо израсходованных ионов водорода, вследствие последующей диссоциации кислоты НАn, появляются новые ионы водорода. В результате прежняя концентрация Н+ - ионов в буферном растворе восстановятся до первоначального значения.
Если к указанной буферной смеси прибавить сильную кислоту, то произойдет реакция:
т.е. Аn- - ионы, образующиеся при электролитической диссоциации соли КtАn, соединяясь с ионами водорода прибавленной кислоты, образуют молекулы слабой кислоты. Поэтому концентрация ионов водорода от прибавленной сильной кислоты к буферной смеси практически не изменится. Подобным же образом можно объяснить действие других буферных смесей.
Меняя соотношения и можно получить буферные
растворы, отличающиеся плавным изменением рН от них минимально возможных значений. В водном растворе слабой кислоты
pH = − lg [Н+] = − − lg KHAn− − lg CHAn
Но так как KHAn представляет собой постоянную величину, то ее лучшее представить в виде pKHAn т.е. показателя константы электролитической диссоциации: pKHan = − lg KHAn.
Тогда получим, что в водном растворе слабой кислоты:
рН = − lg [Н+] = − − pKHAn − − pCHAn
По мере прибавления к водному раствору слабой кислоты ее соли рН раствора будет меняться.
Согласно уравнению, в растворе, содержащем смесь слабой кислоты и ее соли [Н+] = KHAn
рН = − lg [Н+] = − lg KHAn − lg CHAn + lg CKtАn.
Аналогично выводим формулу применительно к слабым основаниям:
pOH = − lg [ОН ] = − − lg KKtOH − − lg CKtOH
Концентрацию ионов водорода также выражают следующей формулой [Н+] = , поэтому
рН = pKw − (− pKKtOH − − lg CKtOH)
Согласно уравнению, в растворе, содержащем смесь слабого основания и его соли
[Н+] =
рН = − lg [Н+] = − lg Kw + lg KKtOH − lgCKtАn + lg CKtOH.
Нет никакой необходимости запоминать выведенные формулу значении рН, так как они очень легко выводятся путем логарифмирования простых формул, выражающих значение [Н+].
Способность буферных растворов поддерживать постоянство значения рН небезгранична и зависит от качественного состава буферного раствора и концентрации его компонентов. При добавлении к буферному раствору значительных количеств сильной кислоты или щелочи наблюдается заметное изменение рН. причем для различных буферных смесей, отличающихся друг от друга по составу, отличающихся друг от друга по составу, буферное действие неодинаково. Следовательно, буферные смеси можно различать по силе оказываемого ими сопротивления по отношению к действию кислот и щелочей, вводимых в буферный раствор в одинаковых количествах и определенной концентрации. Предельное количество кислоты или щелочи определенной концентрации (в моль/л или г-экв/л), которое можно добавить к буферному раствору, чтобы значение рН его изменилось только на одну единицу, называют буферной емкостью.
Если величина [Н+] одного буферного раствора изменяется при добавленной сильной кислоты меньше, чем величина [Н+] другого буферного раствора при добавлении того же количества кислоты, то первая смесь обладает большей буферной емкостью. Для одного и того же буферного раствора буферная емкость тем больше, чем выше концентрация его компонентов.
Растворы сильных кислот и оснований при достаточно высокой концентрации тоже обладают буферным действием. Сопряженными системами в этом случае являются Н3О+/Н2О – для сильных кислот и ОН-/Н2О – для сильных оснований. Сильные кислоты и основания полностью диссоциированы в водных растворах и поэтому характеризуются высокой концентрацией ионов гидроксония или гидроксил - ионов. Добавление к их растворам небольших количеств сильной кислоты или сильного основания, поэтому оказывает лишь незначительное влияние на рН раствора.
1. Разбавлением в мерной колбе соответствующих фиксаналов.
2. Смешением рассчитанных по уравнению Гендерсона-Хассельбаха количеств подходящих сопряженных кислотно-основных пар.
3. Частичной нейтрализацией слабой кислоты сильной щелочью или слабого основания сильной кислотой.
Так как буферные свойства проявляются очень слабо, если концентрация одного компонента в 10 раз и более отличается от концентрации другого, буферные растворы часто готовят смешением растворов равной концентрации обоих компонентов или прибавлением к раствору одного компонента соответствующего количества реагента, приводящего к образованию равной концентрации сопряженной формы. В справочной литературе имеются подробные рецепты приготовления буферных растворов для различных значений рН.
Буферные растворы широко применяют в химическом анализе в тех случаях, когда по условиям опыта химическая реакция должна протекать при соблюдении точного значения рН, не меняющегося при разбавлении раствора или при добавлении к нему других реагентов. Например, при проведении реакции окисления-восстановления, при осаждении сульфидов, гидроокисей, карбонатов, хроматов, фосфатов и др.
Приведем некоторые случаи использования их в целях анализа:
- Ацетатный буферный раствор (СНзСООН + СН3СООNa; рН = 5) применяют при осаждении осадков, неосаждаемых в кислых или щелочных растворах. Вредное влияние кислот подавляет ацетат натрия, который вступает в реакцию с сильной кислотой. Например:
-Аммиачно -аммонийный буферный раствор (NН4ОН + NН4С1; рН = 9) применяют при осаждении карбонатов бария, стронция, кальция и отделения их от ионов магния; при осаждении сульфидов никеля, кобальта, цинка, марганца, железа; а также при выделении гидроокисей алюминия, хрома, бериллия, титана, циркония, железа и т.п.
- Формиатный буферный раствор (НСООН + НСООNа; рН = 2) применяют при отделении ионов цинка, осаждаемых в виде ZnS в присутствии ионов кобальта, никеля, марганца, железа, алюминия и хрома.
- Фосфатный буферный раствор (Nа2НРО4 + NаН2РО; рН = 8) использует при проведении многих реакции окисления-восстановления.
Для успешного применения буферных смесей в целях анализа необходимо помнить о том, что не всякая буферная смесь пригодна для анализа. Буферную смесь выбирают в зависимости от ее назначения. Она должна удовлетворять определенному качественному составу, а ее компоненты должны присутствовать в растворе в определенных количествах, так как действие буферных смесей зависит от соотношения концентрации их компонентов.
Выше перечисленное можно представить в виде таблицы.
Буферные растворы, применяемые в анализе
Муравьиная кислота и формиат натрия
Бензойная кислота и бензоат аммония
Одназамещенный и двухзамещенный фосфат натрия
Буферным действием обладают также смеси кислых солей с различной замещенностью водорода металлом. Например, в буферной смеси дигидрофосфата и гидрофосфата натрия первая соль играет роль слабой кислоты, а вторая роль ее соли.
Варьируя концентрацию слабой кислоты и ее соли, удается получить буферные растворы с заданными величинами рН.
В животных и растительных организмах также действуют сложные буферные системы, поддерживающие постоянными рН крови, лимфы и других жидкостей. Буферными свойствами обладает и почва, которой свойственно противодействовать внешним факторам, изменяющим рН почвенного раствора, например при введении в почву кислот или основании.
Итак, буферными растворами называют растворы, поддерживающие постоянное значение рН при разбавлении и добавлении небольших количеств кислоты или основания. Важным свойством буферных растворов является их способность сохранять постоянное значение рН при разбавлении раствора. Растворы кислот и оснований не могут называться буферными растворами, т.к. при разбавлении их водой рН раствора изменяется. Наиболее эффективные буферные растворы готовят из растворов слабой кислоты и ее соли или слабого основания и его соли
Буферные растворы можно рассматривать как смеси электролитов, имеющих одноименные ионы. Буферные растворы играют важную роль во многих технологических процессах. Они используются, например, при электрохимическом нанесении защитных покрытий, в производстве красителей, кожи, фотоматериалов. Широко используют буферные растворы в химическом анализе и для калибровки рН-метров.
Многие биологические жидкости являются буферными растворами. Например, рН крови в организме человека поддерживается в пределах от 7,35 до 7,45; желудочного сока от 1,6 до 1,8; слюны от 6,35 до 6,85. Компонентами таких растворов являются карбонаты, фосфаты и белки. В бактериологических исследованиях при выращивании бактерий тоже приходится использовать буферные растворы.
1. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Кн.1. - М: Химия, 1965г. -498 с.
2. Цитович И.К. Курс аналитической химии: Учебник для вузов. - СПб.: «Лань», 2007г.- 496 с.
3. Крешков А.П., Ярославцев А.А. Курс аналитической химии. Кн.1. Качественный анализ.- 2-е изд.переработанное. - М.:Химия , 1964г - 432 с.
4. Химия: справочник для старшеклассников и поступающих в вузы / Под ред. Лидии Р.А., Аликберова Л.Ю. - М.:АСТ-ПРЕСС ШКОЛА, 2007г. -512с.
5. Осипов Ю.С., Большая Российская энциклопедия: в 30 т. Т.4.- М.: Большая Российская энциклопедия 2006г. - 751 с.
6. Михайленко Я.И., Введение в химический анализ, Госхимтехиздат, 1933г.
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
Принцип работы глубинного вибратора для бетона создание механических колебаний за счет вращения эксцентрика расположенного в вибронаконечнике булаве. При использовании глубинного вибратора увеличивается текучесть бетонной смеси она более плотно и равномерно заполняет конструкцию улучшается сцепление ее с арматурным каркасом. Без поверхностного вибратора промышленного не обходится ни одно производство будь то литейное или производство железобетона. Рисунок - Общий вид глубинного вибратора Практическая часть: Исходные данные:...
Явление плазмолиза иногда необходимо для снятия отеков для этого внутривенно вводят 1012 мл 10 гипертонического раствора натрия хлорида. Гипертонические 3 5 10 растворы натрия хлорида применяют наружно для оттока гноя при лечении гнойных ран. Расчет по изотонированию растворов проводят 3 методами: Исходя из закона ВантГоффа газовые законы С использованием закона Рауля криоскопический метод С использованием изотонических эквивалентов по натрия хлориду Рецепты на изотонические растворы могут быть выписаны различными...
Степень взрывоопасности газовоздушной смеси. Взрывоопасную среду могут образовать смеси веществ газов паров пылей с воздухом и другими окислителями кислород озон. Газовоздушные смеси могут воспламеняться взрываться только тогда когда содержание газа в смеси находится в определенных для каждого газа пределах. Нижний предел соответствует минимальному а верхний максимальному количеству газа в смеси при котором происходят их воспламенение при зажигании и самопроизвольное без притока тепла извне распространение пламени...
Материальный баланс. Гидравлический расчет тарелок. Определение числа тарелок и высоты колонны. Разделение осуществляется обычно в колонных аппаратах при многократном или непрерывном контакте фаз. На питательной тарелке жидкость смешивается с флегмой из укрепляющей части колонны и стекая вниз взаимодействует с поднимающимися навстречу паром более богатым высококипящим компонентом при этом из жидкости происходит удаление низкокипящего компонента. В нижнюю часть колонны стекает жидкость...
Приготовление мазей проводится в асептических условиях используется глазная стерильная основа. Основа для глазных мазей. При отсутствии утвержденной НТД и указаний врача в качестве основы для глазных мазей применяют основу состава: 10ч ланолина безводного 90ч вазелина сорта â для глазных мазейâ Ланолин способствует фиксированию мази на слизистой оболочке и более полной отдаче содержащихся в ней лекарственных веществ. Не следует применять в качестве мазевых основ для...
К данной группе относятся: Аскорбиновая кислота Натрия салицилат Сульфацил натрий Стрептоцид растворимый Глюкоза Натрия пароаминосалицилат Во время изготовления раствора особенно при стерилизации в присутствии кислорода происходит окисление образуются продукты более токсичные и физиологически не активных соединений Для стабилизации растворов таких веществ используют различные антиоксиданты. Например: сульфит натрия Бисульфит натрия Метабисульфит натрия...
Бывают периоды, когда экономика страны совершает весьма резкие повороты по направлению к принципиально новым технологиям, совершенно новым видам сырья и материалов и т. д. Такими поворотами были переориентация экономики с преимущественного использования твердого топлива на нефть и газ
Выберем материал основного корпуса монолитную толстолистовую нержавеющую сталь. Цилиндрические обечайки из стали сплавов из основы цветных металлов и других пластичных материалов при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготовляют вальцовкой листов с последующей сваркой стыков. Эллиптические днища изготовляются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа. Независимо от расчета толщина листа подошвы должно быть не менее 14 мм.
Жидкие лекарственные формы ЖЛФ аптек составляют более 60 от общего числа всех лекарственных препаратов приготовляемых в аптеках. Широкое применение ЖЛФ обусловлено целым рядом преимуществ перед другими лекарственными формами: благодаря применению определённых технологических...
Рассмотреть значение информационных технологий в управлении персоналом. Дать характеристику филиала Буровые растворы ЗАО «Сибирская Сервисная Компания» и провести финансовый анализ его деятельности. Дать оценку роли информационных технологий в системе управления персоналом филиала Буровые растворы ЗАО «ССК».
Буферные растворы применение - Справочник химика 21
Буферные растворы. Реферат. Химия. 2013-03-24
Буферные растворы
Буферные растворы и их применение в химическом анализе
Применение буферных растворов в химическом анализе
Красивый Луг Сочинение
Ege Edu Итоговое Сочинение
Пирамидная Система Неврология Реферат
Эссе Почему Я Ценный И Полезный Работник
Сочинение Почему Нужно Читать Книги 4 Класс