Шпаргалки к экзаменам и зачётам

студентам и школьникам

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Шпаргалки по электрохимии. Часть 2 - Буферные растворы

 

Буферные  растворы

 

Буферными  растворами  называются растворы с устойчивой активностью водородных ионов, то есть с определенным значением рН, которое практически не зависит от разбавления раствора и слабо меняется при прибавлении к раствору сильной кислоты или сильного основания - эта способность и называется  буферностью.

Обычно буферные растворы представляют собой растворы, содержащие слабую кислоту (или основание) вместе с ее солью. Пример - смесь уксусной кислоты и ацетата Na. В растворе имеется сопряженная пара - СН3СООН  и СН3СОО, действие которой состоит в том, что при добавлении сильной кислоты ее протоны связываются основанием СН3СОО, а при введении сильного основания уксусная кислота отдает ему свои протоны, и в обоих случаях  [Н+]  изменяется незначительно.

Найдем количественную связь между значением рН и активностями (в случае разбавленных растворов - концентрациями) растворенных веществ:

Кд,к  =  clip_image234[2]     ;     clip_image276=  Кд,к clip_image278 .

 

Если к раствору слабой кислоты добавлена соль этой кислоты и сильного основания, то диссоциация кислоты подавляется, и  clip_image250[2]  равна общей активности кислоты  ак (в растворе смеси уксусной кислоты и ацетата натрия), а  clip_image280  можно считать равной активности ацетата натрия  ас :

clip_image276[1]=  Кд,к clip_image282 .

 

Подбирая различные отношения концентраций кислоты и соли, можно получить растворы с различными значениями рН. При данном составе раствора значение рН мало зависит от Т.

Другой пример буферного раствора - слабое основание  NH4OH и его соль с сильной кислотой  NH4Cl. Для этой сопряженной пары получим

Кд,о  =  clip_image284  =  clip_image286 clip_image288 ;

clip_image286[1] =  Кд,о clip_image290     ;    clip_image276[2]=  clip_image292  =  clip_image294 .

 

Анализ уравнений показывает, почему разбавление буферных растворов практически не меняет рН растворов: рН зависит не от абсолютных значений концентраций кислоты и ее соли, а от их соотношения.

Количественной характеристикой буферности является  буферная  емкость  - число эквивалентов щелочи или кислоты, необходимое для изменения рН на единицу:

b¢  =  clip_image296.

Величина  b¢  зависит от  Кд,к ( Кд,о) и максимальна в области рН, близкой к рК. Буферные емкости одного и того же раствора относительно кислоты и щелочи различны.

Буферные смеси можно приготовить не только из кислоты (или основания) и соли, но и из двух солей на разных ступенях диссоциации (Na2HPO4 и NaH2PO4).

Буферные смеси находят применение при измерениях рН растворов, для проведения химических процессов в условиях постоянства рН.

 

Амфотерные электролиты

 

Существует группа соединений, в молекулах которых содержатся кислотные и основные группы. Такие соединения называют амфотерными электролитами, или амфолитами. Классический пример амфолитов – аминокислоты жирного ряда NH2RCOOH. В водном растворе аминокислот в результате внутренней ионизации образуются цвиттер-ионы (двойные или биполярные ионы, амфиионы):

NH2RCOOH  Û  +NH3RCOO

При добавлении сильной кислоты в раствор аминокислоты происходит реакция

+NH3RCOO  +  Н+  Û  +NH3RCOOН ,

а при добавлении сильной щелочи – реакция

+NH3RCOO  +  ОН  Û  NH2RCOO  +  Н2О

Таким образом, основные свойства аминокислоты обусловлены группой – СОО, а кислотные – группой  NH3+ .

Произведение  растворимости

При растворении твердых веществ в воде может быть достигнуто состояние насыщения раствора, при котором для данной температуры растворение вещества прекратится, при этом твердая фаза будет находиться в равновесии с растворенным веществом. Если вещество (соль MnAm) является электролитом, то в растворе установится равновесие

 MnAm(тв.)   Û   n Mz+  +  m Az– .

Константа диссоциации соли    Кд   =   clip_image298   ;  clip_image300 при данной Т является величиной постоянной.

Кд× clip_image300[1]  =  ПР  =  clip_image302.

Таким образом, в насыщенном растворе соли произведение активностей ее ионов есть величина постоянная, она называется  произведением  растворимости.

Если соль малорастворима и ее раствор разбавлен, то в выражении для ПР активности можно заменить концентрациями.

Из уравнения для ПР следует, что при добавлении к раствору малорастворимой соли хорошо растворимого соединения, имеющего общий ион с малорастворимой солью, растворимость соли будет уменьшаться. Кроме того, добавление посторонней соли к раствору увеличивает ионную силу этого раствора и уменьшает коэффициент активности той соли, которая находилась в растворе до введения посторонней добавки. Величины ПР имеют большое практическое значение в химической технологии и в аналитической химии, так как они определяют условия, при которых должно происходить растворение солей или выделение их из растворов.