что такое буферная емкость раствора

Буферная ёмкость раствора

Буферная ёмкость раствора (от англ. buffer — амортизатор, англ. buff — смягчать толчки) — такое количество кислоты или основания, нужное для изменения pH буферного раствора ровно на 1.

Буферный раствор

Буферная смесь, буферный раствор, буферная система — сочетание веществ, система, поддерживающая постоянство pH.

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Буферная ёмкость раствора» в других словарях:

буферная ёмкость раствора — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN buffer capacity … Справочник технического переводчика

Буферная ёмкость — Буферная ёмкость: Буферная ёмкость раствора способность раствора сохранять постоянной концентрацию определённых ионов (обычно применяется к ионам H+). Буферная ёмкость способность экосистемы противостоять загрязнению. Буферная… … Википедия

Фиксаж — Основная статья: Фиксирование (фотография) Не следует путать с фиксативом. Фиксаж (фр. fixage, от лат. fixus прочный, закреплённый), или закрепитель в фотографии раствор веществ, предназначенный для закрепления… … Википедия

Выщелачивание подземное — (a. underground leaching; н. Untertage Auslaugung; ф. ljxiviation en place; и. lixiviacion subterranea) способ разработки рудных м ний избират. переводом полезного компонента в жидкую фазу в недрах c последующей переработкой… … Геологическая энциклопедия

Источник

Буферная емкость. От каких факторов зависит.

Буферная емкость(В) измеряется количеством кислоты или щелочи (моль или ммоль эквивалента), добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.

Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем больше абсолютное содержание компонентов пары основание/сопряженная кислота, тем выше буферная емкость буферного раствора.

2. Буферная емкость зависит от соотношения количеств компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буфера. Буферная емкость максимальна при равных количествах компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения.

3. При различном содержании компонентов буферные емкости раствора по кислоте и по щелочи отличаются.

Расчет величины рН буферных растворов.

Область (зона) буферного действия отличается от на 1 единицу:

;

Понятие растворимости. Какие факторы влияют на растворимость твердых веществ.

Растворимость вещества (Р)– молярная концентрация вещества в насыщенном растворе.

Растворимость твердых веществ зависит от:

· природы растворенного вещества и растворителя

Растворимость газов зависит от:

Произведение растворимости малорастворимого сильного электролита. Расчет ПР.

В насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита при данной температуре произведение молярных концентраций его ионов, возведенных в степени их стехиометрических коэффициентов, есть величина постоянная и называется произведением растворимости.

Источник

Величина буферной емкости зависит от концентраций компонентов буферной системы и от их соотношения

Способность буферных систем противодействовать резкому изменению рН при добавлении к ним сильной кислоты или основания является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество вносимых в раствор сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. В противном случае наблюдается резкое изменение рН, т.е. буферное действие раствора прекращается.

Это связано с тем, что в результате протекающей реакции изменяется соотношение молярных концентраций компонентов буферной системы: с(кислоты)/с(соли) или с(основания)/с(соли).

При этом концентрация компонента, реагирующего с добавленной кислотой или щелочью, уменьшается, а концентрация второго компонента возрастает, т.к. он дополнительно образуется в ходе реакции.

Количественно буферное действие раствора характеризуется с помощью буферной емкости (В). При этом различают буферную емкость по кислоте (В_к.) и буферную емкостьпо основанию или щелочи (В_о.).

Буферной емкостью по кислоте является то количество химических эквивалентов сильной кислоты, которое нужно добавить к 1 литру (1 дм 3 ) буферной системы, чтобы уменьшить её рН на единицу. Ее можно рассчитать по следующей формуле:

где n(1/z* HA) – число молей химических эквивалентов сильной кислоты, добавленное к 1 дм 3 буферной системы; рН₁ – водородный показатель системы до добавления сильной кислоты; рН₂ – водородный показатель системы после добавления сильной кислоты.

В более общем случае (если брать не 1 дм 3 буферной системы, а любой другой ее объем, выраженный в литрах или дм 3 ) формула для подсчета буферной емкости будет иметь следующий вид:

где с(1/z* НА) – молярная концентрация химического эквивалента сильной кислоты в добавляемом растворе; V(НА) – объем (дм 3 ) добавленного раствора сильной кислоты; V(буф. системы) – объем буферного раствора, к которому добавляют раствор кислоты.

Соответственно, буферной емкостью по основанию является то количество химических эквивалентов сильного основания (щелочи), которое нужно добавить к 1 литру (1 дм 3 ) буферной системы, чтобы вызвать увеличение ее рН на единицу:

где n(1/z* В) – число молей химических эквивалентов основания, которое добавили к 1 дм 3 буферного раствора; рН₁ – водородный показатель раствора до добавления основания; рН₂ – водородный показатель раствора после добавления основания.

В более общем случае (если брать не 1 дм 3 буферной системы, а любой другой ее объем) формула для подсчета буферной емкости по основанию примет следующий вид:

где с(1/z* В) – молярная концентрация химического эквивалента основания в добавляемом растворе; V(В) – объем (дм 3 ) добавленного раствора сильного основания; V(буф. системы) – объем буферного раствора (дм 3 ), к которому добавляют раствор сильного основания.

Чем более концентрированным является буферный раствор, тем выше его буферная емкость, т.к. в этом случае добавление небольших количеств сильной кислоты или щелочи не вызовет существенного изменения концентраций его компонентов, а значит и их соотношения.

Из буферных растворов с одинаковым суммарным содержанием химического количества их компонентов наибольшей емкостью будут обладать те, которые составлены из равного числа молей слабой кислоты и её соли или слабого основания и его соли (рис. 35). В таких растворах молярные концентрации компонентов будут одинаковые, а значит соотношение с(кислоты)/с(соли) = 1 и с(основания)/с(соли) = 1.

Рис. 35. Изменение буферной емкости (1) и изменение рН кислотной буферной системы при добавлении к ней определенного количества сильной кислоты (2) в зависимости от содержания её компонентов

Данные растворы будут иметь примерно одинаковые значения буферной емкости как по кислоте, так и по основанию.

Если же соотношение концентраций компонентов буферной системы не равно 1, то значения ее буферной емкости по основанию и кислоте будут отличаться друг от друга (причем тем существеннее, чем в большей степени соотношение с(кислоты)/с(соли) и с(основания)/с(соли) отклоняется от единицы).

Например, если в кислотной буферной системе солевой компоненты содержится больше, чем слабой кислоты, то ее буферная емкость по кислоте будет выше, чем по основанию, т.е. В_к. > В_о.

Соответственно, буферная емкость по кислоте для основной буферной системы будет больше, чем по основанию, в том случае, если содержание солевой компоненты в этом случае будет меньше, чем слабого основания.

Таким образом, можно сделать вывод, что в данных случаях буферная емкость выше по тому веществу, которое реагирует с избыточным компонентом буферного раствора.

Если буферная система не обладает достаточной буферной емкостью, ее можно повысить, увеличив концентрацию обоих компонентов в необходимое количество раз.

Источник

Буферная емкость

Тема: Буферная емкость.

Мотивация изучения темы. Знание свойств буферных систем и умение применять их для решения практических задач врачу необходимо потому, что буферные системы играют ведущую роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия (КЩР) в организме как в физиологических условиях, так и в условиях патологии.

Способность буферных систем сохранять постоянство рН ограничена. Увеличивать концентрацию кислоты и щелочи, существенно не меняя рН буферного раствора, можно лишь в ограниченных количествах.

Буферные системы имеют две количественные характеристики – рН и буферную емкость (β). Буферная емкость – предел, в котором проявляется буферное действие, т. е. способность сохранять значение рН при внесении кислот или оснований.

Цель: Изучить буферную емкость, буферные системы организма.

1. Приобрести навыки расчета буферной емкости по кислоте и по щелочи.

2. Закрепить навыки расчета рН буферных систем.

Задания для самостоятельной работы студента во внеучебное время (самоподготовка).

А. Контрольные вопросы

1. Типы буферных растворов (название, состав).

2. Механизм буферного действия (на примере кислотного и основного буферных растворов).

3. Расчет рН буферных систем (уравнение Гендерсона-Гассельбаха для расчета рН кислотного и основного буферных растворов).

4. Факторы, влияющие на рН буферного раствора.

5. Буферная емкость (определение, формулы расчета, единицы измерения).

6. Факторы, влияющие на буферную емкость.

Б. Список рекомендуемой литературы:

4. Практикум по общей и биоорганической химии /под ред. – 3-е изд.-М.: изд. центр «Академия», 2008.-240с

В. Обучающий материал.

Буферной емкостью (β) называют величину, измеряемую числом моль или ммоль эквивалента кислоты или щелочи, которое нужно добавить к 1л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу.

Буферная емкость характеризует способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислоты или щелочи. Математически буферная емкость определяется следующим образом:

а) буферная емкость по кислоте: б) буферная емкость по щелочи:

; ;

V(HA), V(B) – объемы добавленной кислоты НА или щелочи В (мл или л);

— количества эквивалентов кислоты, щелочи (моль);

-молярные концентрации эквивалента кислоты, щелочи (моль/л)

V(б. р.) – объем буферного раствора (мл или л);

Единица измерения буферной емкости – моль/л. Буферная емкость зависит от ряда факторов:

1. Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары: основание/сопряженная кислота в растворе, тем выше буферная емкость этого раствора.

Допустим, имеются два ацетатных буфера, концентрация компонентов в которых составляет 10 и 100 ммоль/л. Соотношение [кислота] : [соль] у них одинаково:

1); 2)

рН этих растворов одинаков. При добавлении к ним по 5 ммоль HCl прореагируют по 5 ммоль соли, и образуется по 5 ммоль слабой кислоты СН3СООН. Соотношение компонентов станет равным соответственно:

1) 2)

Таким образом, рН первого буфера резко сместится, рН второго – почти не изменится. Следовательно, чем выше концентрация компонентов буферного раствора, тем устойчивее величина их соотношения, тем выше буферная емкость.

2. Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора. Чем ближе это соотношение к единице, тем выше буферная емкость. Следовательно, буферная емкость зависит от рН раствора.

Возьмем два ацетатных буфера, содержащих в сумме равное количество кислоты и соли (по 100 ммоль):

1) 2)

В результате добавления к каждому буферу по 10 ммоль HCl величины дробей изменятся:

1) 2)

Во втором буфере, где дробь была равна единице, величина ее изменилась меньше, чем в первом буфере. Следовательно, наибольшей буферной емкостью обладают растворы, в которых соотношение компонентов буфера приближается к единице (при равном значении числителя и знаменателя дроби).

Таким образом, если рН буферного раствора зависит только от константы диссоциации слабой кислоты или основания и соотношения концентраций компонентов буфера, то буферная емкость зависит и от соотношения концентраций компонентов буфера, и от концентраций компонентов буферного раствора.

Г. Обучающие задачи

Задача №1 К 100мл крови для изменения рН от 7,36 до 7,0 надо добавить 36мл 0,05н раствора HCl. Рассчитайте буферную емкость крови по кислоте.

V(крови)= 100мл

C(fэквHCl)= 0,05моль/л

Ответ: βк = 0,05 моль/л.

Д. Задачи для самостоятельного решения.

Задача 1. Рассчитать объем HCl (концентрация 0,1 моль/л), который нужно прибавить к 1л крови, чтобы изменить рН от 7,36 до 7,0. Буферная емкость по кислоте равна 0,01 моль/л. (Ответ: 36мл).

Задача 2. Рассчитать рН бикарбонатного буфера, в котором соотношение кислоты к соли 4:3. К(Н2СО3) = 3,3·10-7

Задача 3. Рассчитать рН аммиачного буферного раствора, в котором соотношение основания к соли 5:2. К (NH4OH) = 1,78 ×10-5. (Ответ: рН = 9,65)

Источник

Тема 7. Буферные растворы.

Предисловие.

Будучи огорчен качеством преподавания химии в РНИИМУ, и тем более, способом последующего контроля качества образования – тестами, я решил оказать посильную помощь студентам в сдаче оных. Пособие представляет собой краткую, насколько возможно, инструкцию, как минимально загрузив голову таки сдать этот окаянный тест. Я исследовал большое их количество, обобщил результаты.

На каждый вид вопросов я постарался дать ответ, в меру научный, чтобы все-таки не слишком уйти от своих химических корней, но и достаточно ясный, чтобы он мог быть воспринят среднестатистическим студентом. Теперь я представляю свой труд для использования широкой общественностью, надеюсь, моё творение сможет послужить к чьей-нибудь пользе.

Тема несложная, и, что важно, она опирается на простую и красивую теорию. Очень рекомендуем вникнуть в теоретическое описание, приведённое перед разборами вопросов. На этот раз оно получилось кратким, содержательным и, хотелось бы надеяться, понятным. Тема имеет связи с настоящей медициной, еще и поэтому рекомендуется к подробнейшему изучению.

Конечно, многим хотелось бы иметь готовые ответы и не париться. Думаю, что за годы работы eois общественность накопила некоторый объем ответов, он постепенно совершенствуется, доля верных ответов растет, уже в 2016 она была больше 70%. Правда, обновление вопросов в 2017 добавило веселья. Однако, в отношении химии мне это кажется неудачным путем. Объясню, почему я так считаю. Во-первых, вопросов большое количество, и они, как назло, очень похожи. Это делает трудным списывание с правильных ответов, и, одновременно, делает тесты уязвимыми к методичкам вот такого плана, с разбором вопросов на группы и злой иронией по этому поводу. Во-вторых, некоторые персонажи, как Карина, например, почему-то борются со списыванием, что делает этот процесс не самым простым трюком. А глядя на всё это глобально, по-моему, все же лучше что-то понимать и мыслить, чем списывать.

Заранее благодарен за адекватные комментарии, дополнения и исправления к тексту. Текст создан исключительно из гуманных соображений и распространяется безвозмездно.

Удачи, ни пуха, ни пера, дорогие любители химии.

Алексей «Леша-химик» Федоров

Тема 7. Буферные растворы.

Тема, как мы уже заметили, устроена очень красиво. Будет много проще, если Вы поймете эту красоту, тогда не будет нужды (она всё равно будет) в делении на вопросы, каких-то хитростях, и тому подобной хуите. Если теория — это не ваше, можете спокойно дропнуть этот раздел (только таблица обязательно нужна), в вопросах тоже есть всё нужное, чтобы еле-еле пройти порог. Так что мы настоятельно рекомендуем остаться с нами.

Итак, буферные растворы. Скорее всего, вы знаете, что в человеческом желудке сильнокислая среда, и нужно это затем, чтобы расщеплять белки до аминокислот. Но, что если человек выпьет три литра воды? Кислота разбавится, да еще и всё это стечет в кишечник, а там среда щелочная, в итоге все нейтрализуется, человек не сможет усваивать ни белки, ни углеводы, и всё пойдёт по пизде, и подопытный сдохнет? Однако, точно известно, что три литра воды к смерти не приводит, хотя и весёлого мало. Желающие идут проверять, остальные продолжают курить теорию вместе с нами.

Буферный раствор — раствор, поддерживающий рН (кислотность, короче) постоянным при добавлении кислот и щелочей в небольших количествах и разбавлении. Организм человека — почти сплошные Буферные растворы. Оговоримся: у буферного раствора есть ёмкость, при которой он может поддерживать рН относительно постоянным. Бесконечное количество кислоты или щелочи, конечено, ни один буферный раствор не нейтрализует.

К таблице мы ещё вернемся чуть позже. А сейчас фишка БР-ов.

1) Если к нему добавили сильную кислоту, например HCl. Так как в БР есть основание (сопряженное), оно будет её нейтрализовывать.

А если сократить хлорид

Или, сократив одинаковое

В рот мне ноги, это же сопряжённое основание. Охренеть, из сопряженной кислоты получилось сопряженное основание! А щелочь нейтрализовалась. Сами Гендерсон и Гассельбах охренели бы от такого поворота. А рН остается примерно постоянным. Этот мелкий засранец снова выкрутился. Вот же ж!

Подобные реакции могут быть написаны для любого другого БР и называются механизмами буферного действия. Хотя напрямую это не касается тестов, это может быть в колке, если он будет устным, и, кроме того, половина вопросов тестов как бы подразумевает, что механизм работы БР понятен.

Квадратные скобки в записях означают концентрации, однако в принципе на это можно класть хер и подставлять моли, результат всё равно будет верным.

В конце списка лежат аминокислотные буферные системы. Аминокислоты это — глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин, серин, треонин, цистеин, метионин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, лизин и аргигнин, глутамин и аспарагин, фенилаланин и тирозин, гистидин и триптофан, пролин. Формулы не приводим за ненадобностью. Вам их всё равно скоро учить. Внимательно рассмотрите их, поймите, чем отличаются анионная/диполярная/катионная формы. Там выделено красным. Запомните, что у анионной рКа2, у катионной рКа1, объяснить это сложно, стоит запомнить.

1. Типы буферных систем.

На первый взгляд путано, фактически несложно…

Как с этим бороться:

Всегда в наборе есть

1) Слабая кислота и её анион. Вспомните прошлую тему, найдите, какие кислоты слабые. Здесь то же самое. Чаще всего это что-то-СООН, но не обязательно. В примере это внезапно СО₂, потому что обратимо превращается в Н₂СО₃ в растворе. Ориентир — один минус.

2) Слабое основание и его катион. См. прошлую тему про слабые основания. Чаще всего это амины и аммиак, что-то типа что-то там такое R-NHy. Катион — это один полюс.

2. Аминокислотные буфера.

Как с этим бороться:

Очень легкая задача. Сравниваем рН с рI. Если рН

pI, то в анионной и диполярной. Да, всё так просто. Нет, это не наёбка. Нет, ошибки в том, что диполярная использована два раза, нет, так и должно быть, см. таблицу. Осторожно! Во избежания повреждения мозга о том, что такое рI, задумываться не надо!

Как с этим бороться:

Например, может быть какая-то хрень нетабличная, NaHS+Na₂S. Если подумать, то можно догадаться, что первое — кислота, второе — основание. Если сравнить с карбонтаной и гидрокарбонатной системой, можно догадаться, что тут нужна рКа2. Итого:

Самое жопошное — аминокислоты. Выучите или запишите, где рКа1, где рКа2, там это нельзя вывести. В примере ответ В.

4. Интервал буферного действия.

Как с этим бороться:

Тоже очень просто. Интервал буферного действия это область рН от рКа-1 до рКа+1. Например, если рКа=4,75, то интервал равен от 3,75 до 5,75. Подвох в том, что констант может быть дано несколько. Использовать надо ту же самую, по которой считали рН. Ту же самую, которая рКа кислоты в БР. Найти её можно в таблице. Например, если дана карбонатная буферная система (состоит из NaHCO₃+Na₂CO₃), то её рН считается по рКа2 (см. таблицу БР) и следовательно, интервал тоже по ней же. В примере если в БР есть анионная форма, то рН считают по рКа2, следовательно интервал А.

5. Соотношение компонентов, рН и рКа.

Как с этим бороться:

Всего возможно три случая.

1) рН > pKa, тогда сопряженного основания больше, чем кислоты. Может быть, 10:1, а может просто c(CH₃COOK) > c(CH₃COOH).

С учетом добавления щелочи

Всё подставляем прямо, как есть переводить ничего никуда не нужно, прям хуярим моли:

Дальнейшие расчеты как в прошлой задаче, сначала под логарифмом, потом сам логарифм, потом всё остальное. Не приводим ввиду очевидности. Ответ рН=7,0, с точностью до десятых.

2) Добавили кислоту, например HCl. Всё то же самое, но формула:

Пример не приводим, он аналогичен прошлой задаче.

9. Задача про буферную ёмкость, Вк или Вщ.

Как с этим бороться:

Тоже по формулам, как ни странно. Буферная ёмкость определение можно посмотреть в методичке с САРСами, а формула:

Тут надо немного прокомментировать. Вк — буферная ёмкость по кислоте. Бывает еще и по щелочи, Вщ, считается почти так же. Ск и Vк — концентрация и объем добавленной кислоты (если считаем ёмкость по щелочи, то исправляем на щелочь). V_БР — объем буферного раствора, ΔрН — изменение рН при добавлении кислоты или щелочи. Тонкость в том, что при добавлении щелочи рН увеличивется, а кислоты уменьшается. Чтобы не получить отрицательную ёмкость, правильнее писать

ёмкость по кислоте:

ёмкость по щелочи:

Вертикальные черты читаются как «модуль», это математический оператор, который убирает минус, если он есть.

Первая задача из скрина: всё подставить, посчитать, получить ответ. Заметьте, что концентрация в «М», то есть «моль/л», а ёмкость просят в «ммоль/л», то есть милимоль. Коварные, коварные. Перевод делается умножением на 1000. Получается

Прикиньте, какая фигня может привести к потере бала? EOIS же похер, что вы считаете правильно, но не видите перевод.

Вторая задача уже сложнее, там выводить надо. Вывод, не вдаваясь в тонкости, делается простой перестановкой.

10. Норма, ацидоз, алкалоз.

Как с этим бороться:

Норма — рН от 7,36 до 7,43.

Ацидоз — рН меньше 7,36

Алкалоз — рН больше 7,43

Больше нечего сказать.

11. Буферные системы крови.

Наконец-то что-то медицинское…

Как с этим бороться:

Буферные системы крови:

Аж три ответа, B, C, D.

Как с этим бороться:

Смиритесь, несчастные, химическая теория это не ваше. Никак, с этим невозможно ничего сделать. Нет, это не шутка. Поэтому мы просто приводим правильные ответы.

· рН буферного раствора зависит не только от соотношения концентраций сильного и слабого электролита в буферной системе, но и от константы диссоциации кислоты.

· Роль сопряженной кислоты в гидрокарбонатной буферной системе в условиях организма выполняет растворенный СО₂

· Гидрокарбонатная буферная система состоит из слабой кислоты и ее аниона

· Анионная форма аминокислоты — частица, в виде которой аминокислота существует в растворах при рН >> pI

· Буферная емкость зависит от суммарной концентрации компонентов буферной системы в растворе

· Диполярный ион — частица, несущая две разноименно заряженных группы атомов

· Ацидоз — нарушение кислотно-основного состояния организма, обусловленное повышенным пониженным значением рН плазмы крови,

· Роль сопряженного основания в карбонатной буферной системе выполняет карбонат-ион

· Ацидоз — патологическое состояние, связанное с пониженной повышенной концентрацией ионов водорода

· Буферная емкость буферных систем организма по кислоте больше, чем по щелочи

· Изоэлектрическая точка α-аминокислоты не зависит от концентрации кислоты в растворе

· Ионы HCO₃ – и HPO₄ 2– НЕ являются диполярными ионами

· Роль сопряженного основания в гидрокарбонатной буферной системе выполняет гидрокарбонат-ион

· Уравнение Гендерсона-Гассельбаха – уравнение, характеризующее зависимость рН буферного раствора только от концентрации от соотношения концентраций слабого электролита и его сопряженной кислоты (основания)

· Буферная емкость — количество кислоты или щелочи, которые нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы значение его рН изменилось на единицу

· Изоэлектрическая точка – это значение рН раствора, при котором амфолит электронейтрален

· Буферный раствор способен поддерживать практически постоянное значение рН при разбавлении или при добавлении НЕ(!)больших количеств кислоты или щелочи

· Диполярная форма аминокислоты может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания

· Изоэлектрическая точка α-аминокислоты НЕ(!)зависит от концентрации кислоты в растворе

· При добавлении к буферной системе щелочи ее буферная емкость по кислоте может увеличиться (в смысле «может»? увеличится)

· Интервал буферного действия определяется как рK_а ± 1

· Ацидоз Алкалоз – нарушение кислотно-основного состояния организма, обусловленное повышением рН,

· Катионная форма аминокислоты — частица, в виде которой аминокислота существовует в растворах с рН

Источник