Буферные системы

Содержание:
Механизм действия буферов
Буферная емкость
Биологическое значение буферных систем

Определение:
Буферные растворы – это растворы с определенной концентрацией ионов Н+, которая незначительно изменяется при разбавлении, концентрировании, а также при добавлении небольших количеств кислот и оснований, не превышающих некоторого предела.
Удерживать постоянным значение рН – особое свойство буферных растворов, которое называют буферное действие.
Чаще всего буферный раствор – это раствор слабой кислоты или слабого основания с добавлением соли соответствующей кислоты или основания. Например: CH3COOH + CH3COONa (1) или NH4OH + NH4Cl (2).

Классификая буферных растворов
слабая кислота и её соль с сильным основанием, например, ацетатный буфер СН3СООН + CH3COONa
слабое основание и его соль с сильной кислотой, например, аммиачный буфер NH4OH + NH4Cl
кислая соль и средняя соль слабой кислоты с сильным основанием, например, карбонатный буфер Na2CO3 + NaHCO3

Механизмы действия буферных систем
1.Кислотный буфер (слабая кислота и ее соль)
Ацетатный буфер (CH3COOH+CH3COONa) .
При добавлении сильной кислоты к буферной смеси, кислота реагирует с солью, в результате этой реакции образуются другая соль и слабая уксусная кислота.
CH3COONa + HCl = CH3COOH+NaCl
При добавлении сильного основания к буферной смеси между молекулами сильного основания и слабой кислоты протекает реакция нейтрализации
CH3COOH+NaOH = CH3COONa + H2O

Механизмы действия буферных систем
2. Основной буфер (слабое основание и его соль)
Аммиачный буфер ( NH3*H2O + NH4Cl ).
При добавлении сильной кислоты к буферной смеси, кислота реагирует со слабым основанием по реакции нейтрализация
NH4OH+HCl = NH4Cl + H2O
При добавлении сильного основания к буферной смеси, основание реагирует с солью, в результате реакции образуется другая соль и слабое основание
NH4Cl + NaOH = NaCl + NH4OH

Буферная ёмкость
«Буферная емкость» - способность буферного раствора оказывать сопротивление действию кислот или щелочей, вводимых в раствор в одинаковых количествах и определенной концентрации.
Пример. Если к (1) и (2) буферным растворам прилить одинаковые количества НCl равной концентрации, и рН (1) изменится на 1, а рН (2) – на 2 единицы рН, то можно сказать, что у раствора (1) буферная емкость больше, чем у (2).
Если буферная емкость будет исчерпана, то при прибавлении кислоты или основания рН буферного раствора резко изменится. Буфер перестает быть буфером. Практически допускается изменение рН раствора на ± 1.

Число эквивалентов N кислоты или основания, необходимое для смещения рН одного литра буферного раствора на 1 единицу называется буферной емкостью:
В =N/ ( pH1 – pH0 ), где
pH1 - рН буферного раствора после добавления кислоты или основания;
pH0 – рН исходного раствора
Буферная емкость раствора тем больше, чем больше концентрация компонентов буфера (кислоты и её соли, основания и его соли).
Буферное действие раствора прекращается, как только один из компонентов раствора будет израсходован примерно на 90 %. Наиболее часто применяют буферные растворы с концентрацией компонентов 0.1М.

Биологическое значение буферных систем
Буферные растворы имеют большое значение для протекания реакций в живых организмах. Например, в крови постоянство водородного показателя рН (химический гомеостаз) поддерживается тремя независимыми буферными системами: бикарбонатной, фосфатной и белковой.
Водные системы в сооружениях биологической очистки сточных вод обладают буферными свойствами, что позволяет микроорганизмам находиться в условиях оптимальных для них значений pH. Буферные свойства обусловлены содержанием в системах ацетатных, фосфорных и карбонатных соединений, а также аминокислот и белков. Такими свойствами обладает почва,