Емкость буфера и расчеты, химия. Что такое pH? Формула и уравнение pH.

Что такое емкость буфера?
Буферы устойчивы к изменениям рН, но они не неуязвимы! Добавьте в буфер достаточное количество кислот или оснований, и его рН резко изменится.

Чтобы понять, почему это происходит, напомним, что буфер - это слабая кислота и ее сопряженное основание (или слабое основание и его сопряженная кислота). Давайте рассмотрим пример одного из таких буферов: уксусная кислота и ее сопряженное основание, ацетат.

CH3 COOH (aq) ? CH3 COO–(aq) + H +(aq)

Здесь, когда мы добавляем кислоту в буфер, ацетат поглощает добавленные протоны (H +) и образует уксусную кислоту, предотвращая чрезмерное изменение концентрации H + в растворе и, следовательно, его pH. Аналогично, когда мы добавляем основание в буфер, уксусная кислота вступает в реакцию с основанием с образованием ацетата и воды, предотвращая увеличение концентрации ОН.

Однако эти уксусные кислоты и ацетаты являются ограниченными ресурсами. Когда мы добавляем много кислоты или основания, они израсходуют всю уксусную кислоту и ацетат буфера, что делает буфер восприимчивым к резкому изменению рН.

Таким образом, емкость буфера - это количество кислоты или основания, которое мы можем добавить в буфер до того, как его рН резко изменится. Чем выше емкость, тем больше кислоты и основания мы можем добавить в него, прежде чем его рН значительно изменится.

Весь смысл титрования в том, чтобы превысить буферную емкость буфера!

Общие тенденции в емкости буфера
Чем выше концентрация слабой кислоты и сопряженного основания (или слабого основания и сопряженной кислоты) в буфере, тем выше будет его емкость. Например, буфер с [слабой кислотой] = 0,50 М ([ ] обозначает концентрацию) и [сопряженным основанием] = 0,30 М будет иметь более высокую емкость, чем буфер с [слабой кислотой] = 0,050 М и [сопряженным основанием] = 0,030 М.

Если в буфере концентрация слабой кислоты больше, чем у конъюгированного основания, то он будет иметь более высокую емкость для добавленного основания.

Аналогично, если буфер имеет большую концентрацию конъюгированного основания, чем концентрация слабой кислоты, то он будет иметь более высокую устойчивость к добавленной кислоте. Кровь с соотношением бикарбоната и углекислоты 20: 1 является прекрасным примером такого типа буфера.

Как рассчитать емкость буфера?
В более строгих терминах буферная емкость определяется как количество молей кислоты или основания, которое необходимо добавить в 1 литр буфера, чтобы вызвать изменение его рН на 1 единицу.

Поэтому для расчета емкости буфера мы используем следующую формулу:

? = n / ?pH

? - емкость буфера (без единиц)
n - количество молей кислоты или основания (которые были добавлены в буфер) на литр буфера
?pH - это разница между начальным рН буфера и рН буфера после добавления кислоты или основания

Примерная проблема емкости буфера
Проблема:

Нам дают 600 мл натриево-фосфатного буфера с рН 7,39. Затем мы добавляем к нему 150 мл 0,2 М HCl, что придает буферному раствору новый рН 7,03. Какова емкость нашего натрий-фосфатного буфера?

Решение:

Сначала мы находим n, деля количество молей HCl, которое мы добавили в буфер, на начальный объем буфера (в литрах, не забывайте!).

Количество молей HCl = 0,2 М ? 0,150 л = 0,03 моль

n = 0,03 моль / 0,600 л = 0,05 моль /л

Затем, следуя формуле, мы делим n на изменение рН раствора фосфата натрия.

?pH = |7.03 – 7.39| = 0,36

? = 0,05 моль / л / 0,36 = 0,14

Таким образом, буферная емкость нашего раствора фосфата натрия составляет 0,14.