Буферные растворы

Буферный раствор – раствор с определенным значением pH, способный сохранять его при добавлении к нему кислот или щелочей, а также при разбавлении.

Величина буферного действия характеризуются буферной ем­костью β, равной количеству сильного основания, которое необхо­димо добавить к одному литру буфера для изменения рН раствора на одну единицу (рис. 22).

Рисунок 21. Выражение в дифференциальной форме для расчета буферной емкости. db – количество добавленной кислоты или основания в молях, d(pH) – изменение водородного показателя

Первый тип буферных растворов – это смесь слабой кислоты и ее соли или слабого основания и его соли. При добавлении к раствору слабой кислоты (НА) и ее соли (А^-) ионов водорода последние нейтрализуются анионами соли, которые действуют в данном случае как слабое основание; гидроксильные ионы, наоборот, нейтрализуются кислотой. При логарифмировании уравнения для константы диссоциации слабой кислоты получается уравнение Гендерсона-Хассельбаха, с помощью которого можно рассчитать pH такого буферного раствора.

Рисунок 22. Вывод уравнения Гендерсона-Хассельбаха исходя из уравнения для константы диссоциации слабой кислоты.

Изучение этого уравнения, для примера ацетатного буферного раствора (рис. 23), оказывает, что буферная емкость максимальна в том случае, когда концентрации соли (сопряженного основания) равна концентрации кислоты. При этом pH буферного раствора становится равным pK_a кислоты. Хорошая буферная емкость соответствует pK_a ± 0.5 ед. pH, а достаточная pK_a ± 1 ед. pH. Из этого следует, что нельзя использовать ацетатный буферный раствор за границами 4.76 ± 1 pH.

Рисунок 23. Рассчитанные графики зависимости pH и буферной емкости для ацетатного буферного раствора.

Буферная емкость зависит также от общей концентрации раствора: чем выше концентрация раствора, тем больше его буфер­ная емкость. Концентрация веществ в буферных растворах обычно бывает порядка 0,05—0,20 М.

К буферным растворам первого типа относятся ацетатный, формиатный, цитратный, боратный, ТРИС, аммиачный и другие.

Второй тип буферных растворов – это растворы двух солей, кислой и основной, например фосфатный буферный раствор (рис. 24).

Рисунок 24. Принцип действия фосфатного буферного раствора.

Третий тип буферных растворов - раствор амфотерного вещества (например белка). Белки являются наиболее важной группой физиологических буферов. Благодаря большому количеству содержащихся в боковых цепях аминокислот щелочных и слабокислых групп белки имеют очень высокую буферную емкость. Буферная емкость крови в ос­новном определяется гемоглобином.