Величину, характеризующую способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот или щелочей, называют буферной емкостью раствора

Буферная емкость В измеряется количеством кислоты или щелочи (моль-или моль эквивалента), добавление которого к 1л. буферного раствора изменяет рН на единицу.

Математически буферная емкость определяется следующим образом:

 

- буферная емкость по кислоте

 

- буферная емкость по щелочи

 

V_k, V_щ - объемы добавленной кислоты или щелочи;

n(l/z)_k, n(l/z)_щ - количество моль-эквивалента кислоты или щелочи;

С(1/z)_k, C(l/z)_щ - молярные концентрации эквивалента кислоты или щелочи;

V_б.р. - объем буферного раствора;

(ΔрН) -разность рН по модулю.

 

Наибольшей буферной емкостью обладают концентрированные буферные растворы. Из буферных растворов с равной концентрацией наибольшей емкостью обладают те, которые составлены из равного количества компонентов, т.е. соотношение С(кислота) / С(соли) должно быть равно единице.

Изменение рН ацетатной буферной смеси в зависимости от соотношения кислоты соли при добавлении НСl или NaOH показаны в таблице 4.

Таблица 4.

Исходные СНзСООН: CHзCOONa	рН	Добавлено 5 мг-экв.	Конечные СНзСООН: CHзCOONa	рН	рН
94:6=15,7	3,53	НСl	99:1	2.43	0,80
90:10=9,0	3,78	НСl	95:5	3.45	0,33
85:15=5,67	3,98	НСl	90:10	3.78	0.20
75:25=3,0	4,25	НСl	80:20	4.13	0,12
50:50=1,0	4,74	НСl	55:45	4.66	0,08
50:50=1,0	4,74	NaOH	45:55	4.82	0,08
25:75=0,33	5,21	NaOH	20:80	5.33	0,12
15:85=0,18	5,48	NaOH	10:90	5.68	0,20
10:90=0,11	5,68	NaOH	5:95	6.01	0,33
6:94=0,063	5,93	NaOH	1:99	6.73	0,80

 

ЗАДАЧИ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача №1.

Вычислите концентрацию ионов гидроксила (OH^- ) в моче при pH=6

Решение:

pOH+pH=14

Отсюда

pOH=-lg a(OH^- )

8=-lg a(OH^-) -8

a(OH^-) = антилогарифм(-8)=10

 

Задание 1

Вычислите концентрацию ионов гидроксила в биологических объектах при указанных значениях pH

 

Биологические объекты	рН	Биологические объекты	рН
Сыворотка крови	7.4	Желудочный сок
Слюна	6.5	Спинно-мозговая жидкость	7.45
Молоко	6,8	Желчь в пузыре	5,8
Содержимое тонкого кишечника	8,0	Слезная жидкость	7,5
Желчь в протоках	7,8	Сок поджелудочной железы	7,6
Печень	6,9	Кожа	6,4

 

Задача №2.

Рассчитайте pH ацетатной буферной смеси, состоящей из 100 мл 0,1моль/л CH₃COOH и 200 мл 0,2 моль/л CH₃COONa, pKCH₃COOH=4,76.

 

Решение:

Для расчётов воспользуемся уравнением Гендерсона-Гассельбаха:

С(1/zCH₃COONa)*V(CH₃COONa)

pH=pK_CH3COOH + lg ;

C(1/zCH₃COOH)*V(CH₃COOH)

 

pH=4,76+lg =4,76+lg4=4,76+0,6021=5,3621

Задание 2.

Рассчитайте pH буферных смесей при заданных условиях и определите в каких пределах изменяется их pH.

 

 

буферная смесь	pK	объем, мл	Концентрация, Моль/л
Соли	Кислоты	Соли	Кислоты
Ацетатная	4,76	1,0	4,0	0,1	0,1
4,76	2,5	2,5	0,1	0,1
4,76	3,5	1,5	0,1	0,1
4,76	4,0	1,0	0,1	0,1
4,76	4,5	0,5	0,1	0,1
Фосфатная	6.86	1,0	4,0	0,02	0,02
6.86	2,5	2,5	0,02	0,02
6.86	3,5	1,5	0,02	0,02
6.86	4,0	1,0	0,02	0,02
6.86	4,5	0,5	0,02	0,02

 

Задача №3.

Вычислите соотношение концентрации CH3COONa и CH3COOH в буферном растворе с pH, равным 5,8.

Решение:

В соответствии с уравнением Гендерсона-Гассельбаха:

pH=pK(к)+lg .

Отсюда

lg =pH-pK(к)=5,8-4,8=1,0

Тогда =антилогарифм(1,0)=10

 

 

Задание 3.

Рассчитайте соотношение концентраций компонентов буферных систем для указанных значений pH.

 

Буферные системы	Состав буферных систем	Кд(кислоты)	pH
Ацетатная	_ CH3COO/CH3COOH	1,75*10-5	5,7
Ацетатная	_ CH3COO/CH3COOH	3,0*10-5	5,12
Гидрокарбонатная	_ HCO3/H2CO3	4,4*10-7	7,66
Фосфатная	_ HPO42-/H2PO4	1,6*10-7	7,4
Гемоглобиновая	_ Hв/HHв	6,31*10-9	7,36
Цитратная	H2C6H5O7/H3C6H5O7	1,2*10-3	4,15

 

Задача №4.

К 100 мл крови для изменения pH от 7,36 до 7,0 надо добавить 36 мл 0,005 м раствора HCl.

Математически буферная ёмкость определяется следующим образом.

Буферная ёмкость по кислоте (моль/л):

Вк.= ;

Буферная ёмкость по щёлочи(моль/л):

Вщ.= ;

V(HA),V(B)-объёмы добавленных кислоты HA или щёлочи B соответственно л;

C(1/zHA), C(1/zB)-молярные концентрации соответственно эквивалента кислоты и щёлочи.

V(б.р.)-объём буферного раствора, л.

pH₀, pH-значение pH буферного раствора до и после добавления кислоты или щёлочи.

 

Задание 4.

Рассчитайте буферную ёмкость по кислоте Вк буферных систем крови.

 

Буферная смесь	Vб.р.,мл	pH0	pH	V(HA), мл	C(1/zHA) моль/л
Гидрокарбонатная буферная система крови		7,40	7,04		0,02
	7,38	7,28		0,1
	7,4	7,20		0,05
Фосфатная буферная система крови		7,38	7,06		0,005
	7,40	7,10		0,005
	7,38	7,02		0,01

 

Рассчитайте буферную ёмкость по щёлочи Вщ буферных систем крови.

 

Буферная смесь	Vб.р.,мл	pH0	pH	V(HA), мл	C(1/zHA) моль/л
Гидрокарбонатная буферная система крови		7,4	7,04		0,005
	7,4	7,00		0,01
	7,38	7,18		0,005
Фосфатная буферная система крови		7,36	7,00	1,8	0,005
	7,38	7,08	1,5	0,01
	7,40	7,14		0,01

 

Для проверки своих результатов воспользуйтесь литературными данными.

Буферная смесь	Вк., моль/л	Вщ., моль/л
Гидрокарбонатная буферная система плазмы крови		1-2
Фосфатная буферная система плазма крови	1-2	0,5