INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
		CHEMIA OGÓLNA LABORATORIUM
I ROK INŻYNIERII ŚRODOWISKA STUDIA DZIENNE GRUPA 17 B		11.04.2011
BUFORY TEMAT V AUTORZY OPRACOWANIA: Jakub Burdajewicz Marek Stańko

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Bufory - roztwory, których wartość pH po dodaniu niewielkich ilości mocnych kwasów albo zasad, jak i po rozcieńczeniu wodą prawie się nie zmienia. Roztworami buforowymi są roztwory słabych kwasów oraz ich soli z mocną zasadą, albo słabych zasad i ich odpowiednich soli o zbliżonych stężeniach. Rolę mieszanin buforowych spełniają również roztwory wodorosoli.

Budowa roztworu buforowego :

• słaby kwas i jego sól z mocną zasadą (CH₃COOH, CH₃COONa)

• słaba zasada i jej sól z mocnym kwasem (NH₄OH_, NH₄Cl)

• dwie sole kwasu wieloprotonowego (Na₂HPO₄, NaH₂PO₄)

Działanie roztworu buforowego:

1. bufor octanowy (CH₃COOH, CH₃COONa)

w roztworze zachodzą reakcje: CH₃COOH ◄═►CH₃COO^- + H⁺

CH₃COONa ―►CH₃COO^- + Na⁺

podczas dodawania mocnego kwasu: H⁺ + CH₃COO^-―► CH₃COOH

podczas dodawania mocnej zasady: OH^- + CH₃COOH ―►H₂O + CH₃COO

pH roztworu buforowego (słabego kwasu oraz jego soli z mocną zasadą)

pH = pK_HA + log(c_soli / c_kwasu)

gdzie pK_HA = - log K_HA

2. bufor amonowy (NH₄OH_, NH₄Cl)

w roztworze zachodzą reakcje: NH₃ + H₂O ◄═► NH₄⁺ + OH^-

NH₄Cl ―► NH₄⁺ + Cl^-

podczas dodawania mocnego kwasu: H⁺ + NH₃ ―► NH₄⁺

podczas dodawania mocnej zasady: OH^- + NH₄⁺ ―► NH₃ + H₂O

pH roztworu buforowego ( słabej zasady oraz jej soli z mocnym kwasem)

pH = 14 - pK_BOH - log(c_soli / c_zasady)

Pojemność buforowa

Bufor utrzyma w miarę stałe pH dopóki nie wyczerpie się jeden z jego składników: kwas lub zasada. Ilościową miarą "odporności" buforu na dodatek mocnego kwasu lub mocnej zasady jest pojemność buforowa:

W szczególności pojemność buforową można zdefiniować jako liczbę moli dodanego mocnego kwasu (lub mocnej zasady), jaka zmienia pH buforu o jednostkę.

 Pojemność buforowa jest zwykle różna dla dodatku kwasu lub zasady; te dwie pojemności są równe wtedy, gdy stężenia obu aktywnych składników buforu są jednakowe.

 

Zakres buforowania- jest to praktyczne ograniczenie stosowania buforu do wartości pH w granicach pK 1.

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

1. Wpływ rozcieńczenia na pH roztworu buforowego.

Wykonanie: Rozcieńczamy roztwór buforu octanowego w kolbach miarowych: 2,-5,-10,-50,-100, - krotnie, a następnie mierzymy pH.

Wartośc pH buforu octanowego wynosi: pH = 4,66

I. Pierwsza kolba - rozcieńczamy 2-krotnie(25 cm³ roztworu i 25 cm³ wody) bufor octowy: pH = 4,66

II. Druga kolba - rozcieńczamy 5-krotnie(10 cm³ rostworu i 40 cm³ wody) : pH = 4,66

III. Trzecia kolba - rozcieńczamy 10-krotnie(5 cm³ roztworu i 45 cm³ wody): pH = 4,62

IV. Czwarta kolba - rozcieńczamy 50-krotnie(1 cm³ roztowru i 49 cm³ wody) : pH = 4,63

V. Piąta kolba - rozcieńczamy 100-krotnie(1 cm³ roztworu i 99 cm³ wody): pH = 4,64

Wynik doświadczalny: pH praktycznie się nie zmienia w miarę rozcieńczania buforu wodą.

Obliczenia: wzór do obliczenia pH dla buforu octanowego (słabego kwasu oraz jego soli z mocną zasadą)

pH = pK_HA + log(c_soli / c_kwasu)

Z tego równania wynika, że rozcieńczanie roztworu buforowego np. 10-krotnie jednocześnie spowoduje 10-krotne zmniejszenie stężenia zarówno soli, jak i kwasu, a ponieważ jedno z tych stężeń występuje w liczniku, a drugie w mianowniku, wartość ułamka nie ulegnie zmianie.

2. Określenie zakresu i pojemności buforowej.

a) Do wstępnego roztworu buforu dodajemy po 1 cm³ NaOH i za każdym razem mierzymy pH.

20 cm^3 bufor	NaOH	1 pomiar pH	2 pomiar pH
Bufor octowy +	----	4,73	4,73
		1 cm^3	5,27	5,24
		2 cm^3	11,85	9,85
		3 cm^3	12,06	12,20
		4 cm^3	12,17	12,36

Po dodaniu do buforu octanowego 2 cm³ NaOH pH w znacznym stopniu wzrosło, czyli bufor działa do tego momentu.

b) Do wstępnego roztworu buforu dodajemy po 1 cm³ HCl i za każdym razem mierzymy pH.

20 cm^3 bufor	HCl	pH
Bufor octowy +	----	4,73
		1 cm^3	4,15
		2 cm^3	3,20
		3 cm^3	1,7
		4 cm^3	1,47

Po dodaniu do buforu octanowego 2 cm³ HCl pH w znacznym stopniu zmalało, czyli bufor działa do tego momentu.

Teoretyczny zakres buforowania dla buforu o pH=4,73 powinien wynosić 3,73-5,73.

Doświadczalnie wykazaliśmy, że wynosi 4,15-5,27/5,24

3. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

• pod wpływem rozcieńczania buforu wodą jego pH nie zmienia się (albo zmienia się nieznacznie)

• bufor działa do przekroczenia pewnej granicy (pojemność buforowa), po przekroczeniu której pH znacząco wzrasta lub maleje ( w zależności czy dodajemy mocny kwas czy mocną zasadę)

• zakres buforowania doświadczalny różni się od teoretycznego (jest trochę mniejszy)

4. LITERATURA

1. A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, PWN, Warszawa, 2000 r.

2. T. Lipiec, Z. Szmal, Chemia analityczna, PZWL, Warszawa, 1980 r.

3) M. Litwin, Chemia ogólna i nieorganiczna, Nowa Era, Warszawa, 2003 r.