Obraz5 (53)

lub po dodaniu niewielkich ilości (mniejszych od ilości stechiometrycznych w stosunku do składników buforu) mocnych kwasów lub zasad.

Mechanizm działania buforów można wyjaśnić na przykładzie mieszaniny roztworu zawierającego słaby kwas i sprzężoną z nim zasadą. W powstałej mieszaninie ustala się stan równowagi opisany reakcjami:

HA + H₂0 gig SI A^-    (4.2.1)

HA + OH" — H₂0 + A'    (4.2.2)

Stała równowagi reakcji (4.2.1) jest stałą dysocjacji kwasowej kwasu HA, którą można wyrazić poniższym wzorem:

(4.2.3)

[HA]

Ze wzoru (4.2.3) wynika, że stężenie jonów H30⁺ w roztworze zależy od stosunku stężenia kwasu do stężenia sprzężonej z nim zasady, czyli:

[H₃0⁺] = £_a—    (4.2.4)

[A~]

a po zlogarytmowaniu obustronnie równania (4.2.4):

pH=p£_a+logj^    (4.2.5)

W stanie równowagi można przyjąć, że stężenie kwasu i sprzężonej z nim zasady są w przybliżeniu równe ich początkowym stężeniom, czyli:

[HA] = i|j [A“] = c_a    (4.2.6)

wówczas:

pH = P*_a⁺log—    (4.2.7)

^CHA

Wartość pH roztworu można więc obliczyć znając stężenie kwasu i sprzężonej z nim zasady w stanie równowagi oraz stałej dysocjacji kwasowej.

Podstawową właściwość buforów polegającą na utrzymaniu w przybliżeniu stałego pH roztworu, niezależnie od dodatku niewielkich ilości mocnych kwasów lub zasad, a także od rozcieńczenia, można wyjaśnić w prosty sposób. Jeśli do roztworu buforowego wprowadzi się jony to reakcja (4.2.1) przebiegnie z prawa na lewo. Jony hydroniowe nie pozostaną w roztworze, ale połączą się z zasadą A', tworząc słabo zdysocjowany kwas HA. W tym przypadku zmiana pH jest opisana jedynie obniżeniem się wartości stosunku [A”]/[HA] na skutek zużycia jonów A^- i powstania kwasu HA.

Analogiczna sytuacja zachodzi podczas dodawania jonów OH" do roztworu zawierającego niezdysocjowany kwas HA. Jony wodorotlenkowe natychmiast przereagują zgodnie z reakcją (4.2.2). Wskutek tego zwiększy się nieco stosunek [A"]/[HA], jednak pH nie wzrośnie znacznie.

Na wartość pH roztworu buforowego w zasadzie nie wpływa jego rozcieńczanie. Powoduje ono zmianę wartości poszczególnych stężeń, ale stosunek stężeń kwasu i zasady pozostaje nienaruszony.

Przykładowymi roztworami buforowymi są układy takie, jak: CH₃COOH/CH₃COONa - bufor octanowy, NH^HiCl - bufor amonowy oraz roztwory soli kwasów wieloprotonowych: KH₂P04/Na2HPC>4 - bufor fosforanowy.

Najskuteczniej działają te roztwory buforowe, w których stężenia kwasu i sprzężonej z nim zasady są jednakowe, a pH równe p K_a kwasu. Dodawanie do takiego roztworu mocnego kwasu powoduje zużywanie się zasady ukła-

107