Буферные растворы. Буферная емкость

Классификация буферных систем.

Буферная емкость.
Буферная емкость раствора характеризует способность буферного раствора поддерживать постоянное значение pH при добавлении кислоты или щелочи.
В
С
ΔрН буф.
=
где: С – число молей прибавленной кислоты или щелочи;
ΔрН буф. – изменение рН буфера при добавлении кислоты или
щелочи – величина положительная.
Буферную емкость можно рассчитать как по кислоте, так и по щелочи:
В
СК • VK
ΔрН • Vбуфера
=
или
В
Сщ • Vщ
ΔрН • Vбуфера
=

НВ ↔ Н+ + В-
Слабая кислота ↔ протон + сопряженное с кислотой основание
По закону действующих масс: К= ([Н+]+[В-])/[HB]
К — константа диссоциации.
logK=log[Н+]+log[В-]-log[HB]
-log[Н+]=-logK+log[B-]-log[HB]
pH=pK+log([В-]/[НВ]).
уравнение Гендерсона-Хассельбаха: pH=pK+log([сопряженное основание]/[кислота]).
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха.

Пример поиска pH буферного раствора.
СН3СООН + СН3СООK
30 мл 0.1М
50 мл 0.3М
Kа = 1,74 ⋅ 10–5 (константа диссоциации)
pH=pK+log([В-]/[НВ])= -log(Kа) + log(СМ (СН3СООK) / СМ (СН3СООН) )=
= 4.759 + 0.699 = 5.457
СМ (СН3СООН) = (30 ⋅ 0,1) / 80 = 0,0375 (М),
СМ (СН3СООK) = (50 ⋅ 0,3) / 80 = 0,1875 (М).

Пример поиска буферной емкости.
1 моль HCOOH
1 моль HCOONa
по отношению к HCl и NaOH
Kа (HCOOH) = 1,77 ⋅ 10-4
pH=-log(Kа) + log(СМ (HCOOH) / СМ (HCOONa))=3.75+0=3.75
HCOONa+HCl = HCOOH+NaCl =>
2.75=3.75 + log((1+x) / (1-x))
(1+x) / (1-x))=0.1 => x(HCl) = 0,818 моль/л
HCOOH +NaOH = HCOONa+H2O =>
СМ (HCOOH) увеличится до (1 + х) моль/л,
СМ (HCOONa) уменьшится до (1 – х) моль/л.
СМ (HCOOH) уменьшится до (1 - y) моль/л,
СМ (HCOONa) увеличится до (1 + y) моль/л.
4.75=3.75 + log((1-y) / (1+y))
(1-y) / (1+y))=10 => y(NaOH) = 0,818 моль/л