Способность растворов противостоять изменению водородного показателя называется буферным свойством. Количественной характеристикой буферных свойств растворов является буферная емкость. Буферная емкость зависит от природы и состава раствора. Это дифференциальная величина, которая показывает, насколько можно изменить концентрацию сильной кислоты или щелочи, чтобы 
изменился на единицу.
Приведем вывод соотношения для буферной емкости раствора слабой кислоты и ее соли с сильным основанием.
Пусть имеется раствор слабой кислоты 
аналитической концентрации 
. В результате электролитической диссоциации молекулы кислоты частично распадаются на ионы. Вследствие этого исходную аналитическую концентрацию можно представить в виде соотношения:
, (2.33)
где 
– концентрация непродиссоциировавшей кислоты.
Введем в имеющийся раствор щелочь в таком количестве, чтобы ее расчетная концентрация в получившемся объеме стала 
. Поскольку слабая кислота прореагирует со щелочью, то в растворе образуется соль, которая в результате полной диссоциации увеличит концентрацию анионов, так что
. (2.34)
Для константы диссоциации слабой кислоты в этом растворе можно записать:
. (2.35)
Водородный показатель для такой буферной смеси рассчитывается по уравнению
, (2.36)
Буферная емкость определяется из соотношения
. (2.37)
Дифференцируя уравнение (1.36), получаем
. (2.38)
Максимум b как функции b достигается при условии 
.
После дифференцирования уравнения (2.38) имеем
,
что соответствует концентрации прилитой щелочи:
. (2.39)
Значение в точке максимума рассчитывается по уравнению (2.36):
. (2.40)
Таким образом, максимальной буферной емкостью будет обладать смесь растворов слабой кислоты и ее соли с концентрацией , причем буферной смеси будет численно равен 
.
|
|
Если буферная смесь образована растворами слабого основания (исходной концентрации ) и сильной кислоты, то водородный показатель рассчитывается по уравнению
, (2.41)
где 
– константа диссоциации слабого основания;
– концентрация прилитой кислоты в получившемся растворе.
Цель работы – определение буферной смеси для состава соответствующего максимуму буферной емкости. Определение константы диссоциации слабого электролита.
Экспериментальная часть
Обозначим концентрацию слабой кислоты или слабого основания через . Для приготовления буферной смеси следует прилить столько щелочи или сильной кислоты, чтобы концентрация соли стала равной , а слабо диссоциированного соединения 
. Между этими концентрациями должно выдерживаться соотношение (2.39).
Рассчитаем требуемые объемы слабой кислоты (слабого основания) и щелочи (сильной кислоты), необходимые для приготовления заданного объема 
, мл, буферной смеси с максимальной буферной емкостью. Смесь готовится из исходных растворов нескольких заданных концентраций.
Объем смеси
,(2.42)
где 
– объем прилитой слабой кислоты или слабого основания с исходной концентрацией 
;
– объем прилитой щелочи или сильной кислоты исходной концентрации 
.
Для расчетных концентраций компонентов буферной смеси можно записать:
, (2.43)
. (2.44)
Поделив (2.43) на (2.44) и учитывая уравнения (2.42) и (2.39), получаем
. (2.45)
Значение затем находят из уравнения (2.42).