Temat: Sporządzanie i badanie właściwości roztworu buforu octanowego o zadanej wartości pH i
pojemności buforowej.
Cel: Celem ćwiczenia jest sporzÄ…dzenia 250cm3 buforu octanowego o pH = 4 i ² = 0,1 oraz zbadanie
właściwości roztwory buforowego.
Roztworem buforowym (moderatorem) nazywamy roztwór słabego kwasu i jego anionu (jego soli z
mocną zasadą), który jest odporny na większe zmiany pH niezależnie od tego, czy dodawany jest mocny
kwas czy mocna zasada. Analogicznie rozwory buforowe tworzą słabe zasady i ich sole z mocnym
kwasem. Duże znaczenie mają bufory zawierające wodorosole, np. bufor węglanowy będący mieszaniną
roztworów NaH PO i Na HPO czy bufor węglanowy składający się z roztworów NaHCO i H CO (CO "
2 4 2 4 3 2 3 2
H O).
2
Roztwory buforowe stosuje się w analizie wtedy, kiedy należy utrzymać stałe pH w roztworze, mimo
dodawania do niego lub powstawania w nim znacznych ilości kwasów lub zasad. Na przykład podczas
strącania fosforanu amonu i cynku lub osadu chromianu baru, który strąca się całkowicie w środowisku
kwasu octowego, natomiast odpowiednie chromiany wapnia i strontu nie strÄ…cajÄ… siÄ™ w tych warunkach.
Aby zatem oddzielić bar od wapnia i strontu, przeprowadza się strącanie chromianami w obecności buforu
octanowego, który ustala pH na odpowiednim poziomie (ok. 5).
Pojemność buforowa to zdolność roztworu buforowego do zapobiegania zmianom pH. Jej miarą jest
najmniejsza liczba moli jonów H O+ mocnego kwasu lub jonów OH- mocnej zasady, które dodano do 1dm3
3
roztworu buforowego zmienią wartość pH o jednostkę.
"5ØPÜ
5ØÅ¼Þ =
"5Ø]Ü5Ø;Ü
Gdzie: "c  ilość mocnego kwasu lub zasady (w molach) dodanych do 1dm3 roztworu buforowego; "pH 
obserwowana zmiana wartości pH.
Bufor octanowy to mieszanina roztworów kwasu octowego CH COOH i octanu sodu CH COONa.
3 3
Wskutek obecności w tym roztworze dużych ilości jonów CH COO-, pochodzących z praktycznie całkowitej
3
dysocjacji octanu sodu, równowaga dysocjacji słabego kwasu octowego:
CH COOH + H O "! CH COO- + H O+
3 2 3 3
jest silnie przesunięta w lewo. Dodawane do roztworu jony H O+ są natychmiast wiązane przez aniony
3
octanowe działające, jako zasada:
CH COO- + H O+ "! CH COOH + H O
3 3 3 2
Natomiast dodawanie do roztworu zasady powoduje wiązanie jonów OH- przez obecny w roztworze kwas
octowy:
CH COOH + OH- "! CH COO- + H O
3 3 2
Obliczenia: SporzÄ…dzanie 250cm3 buforu octanowego o pH = 4 i pojemnoÅ›ci buforowej ² = 0,1. W
obliczeniach korzystaliśmy z równania Hendersona-Hasselbalcha, pH roztworu buforowego:
5ØPÜ5ØXÜ5ØdÜ5ØNÜ5Ø`Ü5ØbÜ 5ØPÜ5ØXÜ5ØdÜ5ØNÜ5Ø`Ü5ØbÜ
5Ø]Ü5Ø;Ü = 5Ø]Ü5Ø>Ü5ØNÜ2 - log 5ØYÜ5ØbÜ5ØOÜ 5Ø]Ü5Ø;Ü = - log 5Ø>Ü5ØNÜ - log
5ØPÜ5Ø`Ü5Ø\Ü5ØYÜ5ØVÜ 5ØPÜ5Ø`Ü5Ø\Ü5ØYÜ5ØVÜ
Ponieważ pH = 4, a pK = 1,75 " 10-5, to:
a2
5ØPÜ5ØXÜ 5ØPÜ5ØXÜ
4 = - log 1,75 " 10-5 - log log = 0,76
5ØPÜ5Ø`Ü 5ØPÜ5Ø`Ü
5ØPÜ5ØXÜ 5ØPÜ5ØXÜ
( )
- log = 4 + log 1,75 " 10-5 = 100,76
5ØPÜ5Ø`Ü 5ØPÜ5Ø`Ü
5ØPÜ5ØXÜ 5ØPÜ5ØXÜ
Nadmiar kwasu
- log = -0,76 = 5,75
5ØPÜ5Ø`Ü 5ØPÜ5Ø`Ü
PodstawiajÄ…c dane wartoÅ›ci: ² = 0,1, pK = 1,75 " 10-5, pH = 4 [H O+] = 10-4 mol/dm3 do wyrażenia na
a2 3
pojemność buforową, obliczymy łączną ilość moli c i c w roztworze buforowym:
k s
[ ] 5ØÅ¼Þ 5Ø;Ü+ + 5Ø>Ü5ØNÜ
5Ø;Ü+ " 5Ø>Ü5ØNÜ ([ ] )2
5ØÅ¼Þ = ln 10 " 5Ø6Ü 5Ø6Ü = "
([ ] )2 ln 10 5Ø;Ü+ " 5Ø>Ü5ØNÜ
5Ø;Ü+ + 5Ø>Ü5ØNÜ [ ]
( )2
0,1 10-4 + 1,75 " 10-5
5Ø6Ü = " = 0,343
2,303 10-4 " 1,75 " 10-5
5ØPÜ5ØXÜ
= 5,75 5ØPÜ5ØXÜ + 5ØPÜ5Ø`Ü = 0,343
5ØPÜ5Ø`Ü
5ØPÜ5ØXÜ = 5,755ØPÜ5Ø`Ü 6,755ØPÜ5Ø`Ü = 0,343
5ØPÜ5ØXÜ = 5,75 " 0,051 = 0,293 5ØPÜ5Ø`Ü = 0,051
W celu sporządzenia roztworu buforu octanowego obliczyliśmy masę CH COONa i objętość CH COOH:
3 3
5ØTÜ
5Ø@Ü5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5ØAÜ5ØNÜ"35Ø;Ü25ØBÜ = 136,09
5ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ
5ØTÜ
5Ø@Ü5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5Ø;Ü = 60,06
5ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ
1 1
5ØZÜ5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5ØAÜ5ØNÜ = " 5Ø[Ü5ØPÜ5Ø`Ü " 5Ø@Ü5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5ØAÜ5ØNÜ = " 0,051 " 136,08 = 1,785ØTÜ
4 4
5ØTÜ 5ØTÜ
5ØQÜ5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5Ø;Ü = 1,05 = 1050
5ØPÜ5ØZÜ3 5ØQÜ5ØZÜ3
5ØZÜ5Ø_Ü 5ØZÜ5Ø_Ü
5ØQÜ = 5ØIÜ =
5ØIÜ 5ØQÜ
5ØZÜ5Ø`Ü
5Ø[Ü = 0,2935ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ 5Ø6Ü5Ø]Ü = " 100% = 99%
5ØZÜ5Ø_Ü
5Ø6Ü5Ø]Ü " 5ØZÜ5Ø_Ü
5ØTÜ
5ØZÜ5Ø`Ü
99% " 1050
5Ø[Ü 5ØZÜ5Ø`Ü 5ØQÜ 5ØQÜ 5Ø6Ü5Ø]Ü " 5ØQÜ 5ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ
100%
5Ø@Ü 5ØQÜ5ØZÜ3
5Ø6Ü5ØZÜ = = = " = = = 17,31
5ØZÜ5Ø_Ü 5Ø@Ü 5ØZÜ5Ø_Ü 5Ø@Ü " = 5ØTÜ
5ØIÜ 5ØZÜ5Ø_Ü 100% " 5Ø@Ü 5ØQÜ5ØZÜ3
100% " 60,06
5ØQÜ 5ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ
1
5Ø[Ü5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5Ø;Ü = " 0,2935ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ = 0,0735ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ
4
5ØZÜ5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5Ø;Ü = 0,0735ØZÜ5Ø\Ü5ØYÜ " 60,065ØTÜ = 4,385ØTÜ
5ØZÜ5Ø6Ü5Ø;Ü35Ø6Ü5ØBÜ5ØBÜ5Ø;Ü 4,385ØTÜ
5ØIÜ = = = 4,175ØPÜ5ØZÜ3 H" 4,25ØPÜ5ØZÜ3
5ØTÜ
5ØQÜ
1,05
5ØPÜ5ØZÜ3
Zatem, aby sporządzić roztwór buforu octanowego należy do kolby miarowej przenieść ilościowo i
objętościowo 4,2cm3 kwasu octowego i 1,78g octanu sodu.
Wykonanie: W naczynku wagowym odważono obliczoną ilość gramów CH COONa. Zawartość naczynka
3
przesypaliśmy przez lejek do kolby miarowej, naczyńko i lejek przepłukaliśmy wodą destylowaną z
tryskawki, a opłuczyny wlaliśmy do kolby miarowej. Następnie dodaliśmy obliczoną objętość kwasu
octowego odmierzonego cylindrem miarowym, cylinder i lejek także opłukaliśmy małą ilością wody
destylowanej i przelaliśmy do kolby. Po dodaniu wszystkich składników całość wymieszaliśmy, aż do
rozpuszczenia octanu sodu. Następnie objętość kolby uzupełniliśmy wodą do kreski miarowej. Kolbę
zatkaliśmy korkiem i ponownie dokładnie wymieszaliśmy.
Do zlewki pomiarowej nalaliśmy około 50cm3 sporządzonego roztworu buforowego. Ogniwo
pomiarowe podłączone do skalibrowanego pehametru zamocowaliśmy w łapie statywu, przemyliśmy
wodą destylowaną i zanurzyliśmy do badanego roztworu w zlewce. Następnie zmierzyliśmy kilka
wartości pH. Wszystkie pomiary zanotowaliśmy w tabeli.
Wyniki pomiarów pH roztworu buforu octanowego
Badany roztwór Skład roztworu buforowego pH założone pH zmierzone
- octan sodu CH COONa
3
Bufor octanowy pH = 4 pH = 3,92
- kwas octowy CH COOH
3
Po zbadaniu pH sporzÄ…dzonego buforu octanowego, do trzech zlewek rozlano po 50cm3 tego
buforu. Następnie do jednej ze zlewki dodano 1cm3 roztworu kwasu solnego odmierzonego za pomocą
biurety, a do drugiej 1cm3 roztworu wodorotlenku sodu z biurety, zamieszaliśmy roztwór bagietką i
ponownie zmierzyliśmy pH. Roztwór w trzeciej zlewce rozcieńczono 10-krotnie wodą.
Dla porównania, do kolejnych dwóch zlewek odmierzono za pomocą pipety 50cm3 wody
destylowanej i zmierzono pH. Do pierwszej zlewki, podobnie jak w przypadku buforu octanowego,
dodaliśmy 1cm3 roztworu kwasu solnego, a do drugiej 1cm3 wodorotlenku sodu i ponownie
zmierzyliśmy pH. Wszystkie uzyskane wyniki zapisaliśmy w tabeli.
Wyniki pomiarów pH roztworów buforowych
pH
Badany roztwór
zmierzone
Bufor octanowy 3,92
Bufor octanowy z 1cm3 HCl 3,89
Bufor octanowy z 1cm3 NaOH 3,91
10-krotnie rozcieńczony bufor octanowy 3,96
Woda destylowana 5,31
Woda destylowana z 1cm HCl 2,76
Woda destylowana z 1cm NaOH 11,14
Wnioski: Rozcieńczanie lub dodawanie do sporządzonych roztworów pewnych (ograniczonych)
ilości mocnych kwasów i zasad nie powoduje znacznych zmian pH, tak jak w przypadku roztwory
porównawczego  wody destylowanej. Bark zmian lub niewielkie zmiany pH podczas mierzenia go
pehametrem świadczą o tym, że podczas doświadczenia mamy do czynienia z roztworem buforowym,
który jest  niewrażliwy na dodawanie mocnych kwasów lub zasad, ani na rozcieńczanie, a więc jego
pH jest niemal stałe.
Odpowiedzi na pytania dodatkowe
1. Jaki bufor jest odpowiedzialny za stałość pH płynów ustrojowych?
Płyny ustrojowe to roztwory zdysocjowanych substancji jonowych zwanych elektrolitem, a także
niejonowych substancji tworzących układ koloidalny. Występują one w komórkach i przestrzeniach
pozakomórkowych, gdzie pełni funkcje homeostatyczne (utrzymują stałość pH płynów ustrojowych). Do
płynów ustrojowych zaliczamy m.in. hemolimfę, krew, limfę, płyn międzykomórkowy. Jako bufor w
organizmie człowieka możemy traktować jeden z płynów ustrojowych  krew. W bardzo wąskich
granicach krew zmienia swoje pH, mimo nieustannego powstawania w organizmie wartości kwaśnych i
zasadowych jej odczyn jest prawie obojętny, a jej pH wynosi 7,4 z wahaniami od 7,3 do 7,5. Wahania
mocno różniące się o prawie obojętnej wartości pH, czyli powyżej 7,8 i poniżej 6,8 są niedopuszczalne,
gdyż wtedy nie mogą działać enzymy, denaturują się białka i ustaje wymiana gazów oddechowych.
Krew, pomimo że w organizmie powstaje wiele kwasów (np. H CO , H SO , kwas pirogronowy,
2 3 2 4
mlekowy, itd.) oraz zasad (np. NH ) ma niemal stałe pH, co jest wynikiem nieustannego współdziałania
3
różnych układów buforowych i czynność ochronnych. Układy buforowe, czyli moderatory można
podzielić na pierwszorzędowe w osoczu i drugorzędowe w krwinkach. Do pierwszorzędowych należą
układy dwuwęglanów i białczanów, a do drugich układy fosforanów i hemoglobiny, które stanowią
pierwszą linię obrony organizmu. We krwi działają jednocześnie trzy układy buforowe:
·ð Kwas wÄ™glowy i wodorowÄ™glan
·ð Kwas fosforowy i wodorofosforan
·ð BiaÅ‚ka i aniony biaÅ‚ek.
2. Jak rozcieńczanie wpływa na pH i pojemność buforową roztworów?
Z równania Hendersona-Hasselbalcha wynika, że pH roztworu buforowego nie zmienia się podczas
rozcieńczani, ponieważ rozcieńczanie zmienia stężenie obu składników buforu w takim samym
stosunku. Natomiast rozcieńczanie roztworów buforowych ma wpływ na pojemność buforową, która w
miarÄ™ dodawania wody ulega zmniejszeniu.
3. Dlaczego kwaśne deszcze wykazują większą szkodliwość dla jezior w wysokich górach,
których woda jest prawie czystą deszczówką i praktycznie nie zawiera rozpuszczonych
substancji mineralnych, niż dla jezior nizinnych o zbliżonych rozmiarach bogatych w liczne
substancje mineralne?
Kwaśne deszcze to opady atmosferyczne o niskim pH, które zawierają kwasy wytworzone w reakcji
wody z pochłoniętymi z powietrza gazami (tj. CO , H S, HCl, tlenki siarki itp.), pochodzącymi z
2 2
procesów spalania paliw, różnego rodzaju produkcji przemysłowej, wybuchu wulkanów, wyładowań
atmosferycznych oraz innych czynników naturalnych. Kwaśne deszcze mają katastrofalne skutki na
środowisko, m.in. na roślinność, gleby i wody. Jednym ze skutków działania kwaśnych deszczy na
zbiorniki wodne jest zakwaszenie wód, powodowane głównie kwasem siarkowym i azotowym. Związki
te mogą być jednak zobojętniane, dzięki buforującym właściwościom gleb i wód, zawierających związki
mineralne o charakterze zasadowym (głównie wapnia). Ponieważ wody w zbiornikach górskich są
ubogie w rozpuszczalne substancje mineralne, nie zawierają one związków zasadowych, które
neutralizowałyby szkodliwe związki azotanów i siarczanów oraz mają niewielkie właściwości
buforujące, które zapobiegałyby gwałtownym zmianom wartości pH, ich wody ulegają silnemu
zanieczyszczeniu. Natomiast jeziora nizinne, których wody zawierają duże ilości substancji
mineralnych, co za tym idzie są bogate w związki wapnia neutralizujące zakwaszenie wód oraz
wykazują właściwości buforujące, są znacznie mniej zanieczyszczone.
4. Dlaczego do kalibracji pH-metru używa się roztworów buforowych a nie np. roztworów
mocnych kwasów czy zasad o zadanym stężeniu?
Aby skalibrować pehametr należy używać roztworów o precyzyjnie określonej i niezmiennej wartości
pH. W związku z tym do kalibracji urządzenia nie używa się wody destylowanej, ponieważ nawet
niewielkie zanieczyszczenia powodują znaczne zmiany pH roztworu. Aby właściwie skalibrować
pehametr, nie należy także używać w tym celu mocnych kwasów i zasad, ponieważ związki te reagują
z tlenkami i gazami zawartymi w atmosferze, co prowadzi do zmiany wartości ich pH. Roztworami,
które najlepiej nadają się do kalibracji tego urządzenia są roztwory buforowe, których wartość pH nie
zmienia się pod wpływem różnych związków lub zmiany pH są niewielkie. Użycie roztworów
buforowych o zadanym pH pozwala na precyzyjnÄ… kalibracjÄ™ pehametru bez obaw o pojawienie siÄ™
czynnika zaburzajÄ…cego odczyt.