Nr ćwicz.: 4	Data: 17.03.2011	Grupa: 1.	Wydział: Technologia chemiczna Kierunek: Technologia Chemiczna	Semestr: II
Prowadzący: Dr inż. Bogdan Wyrwas		Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena:

Roztwory buforowe

1. Wstęp teoretyczny

Bufory są to roztwory słabych kwasów i soli słabych kwasów z mocnymi zasadami lub słabych zasad i soli słabych zasad z mocnymi kwasami, które do pewnego stopnia są odporne na dodatek kwasu lub zasady i utrzymują stałe pH.

Buforami są również roztwory mocnych zasad i mocnych kwasów, np.
,
.

Bufory dzielimy na kwasowe i zasadowe.

Roztwór buforowy kwasowy składa się ze słabego kwasu i sprzężonej z nim zasady, jego pH<7. Po dodaniu mocnej zasady słabe kwasy przekazują protony jonom
. Zasada sprzężona ze słabym kwasem przyjmuje protony od jonów
. Przykładem może być bufor octanowy:

Roztwór buforowy zasadowy składa się ze słabej zasady i sprzężonego z nią kwasu, jego pH>7. Słaba zasada przyłącza protony od jonów
dostarczanych przez mocny kwas. Kwas sprzężony ze słabą zasadą przekazuje protony jonom
pochodzącym od mocnej zasady. W buforze amoniakalnym:

Najkorzystniejsze właściwości buforujące mają układy, w których stężenie kwasu i stężenie zasady są jednakowe, a pH równe
kwasu.

Ilościową miarą odporności roztworu buforowego na dodatek mocnego kwasu lub mocnej zasady jest pojemność buforowa. Jest ona określona stosunkiem liczby równoważników mocnej zasady lub kwasu, które trzeba dodać, do zmiany pH.

gdzie:

- liczba moli mocnej zasady lub mocnego kwasu dodanych do 1 litra roztworu buforowego

- zmiana wartości pH roztworu

pH buforu można obliczyć za pomocą równania Hendersona-Hasselbalcha:

gdzie:

- wykładnik stałej dysocjacji kwasu

-stężenie początkowe zasady

-stężenie początkowe kwasu

Roztwory buforowe stosowane są do kalibrowania pehametrów, w hodowlach kultur bakterii, a także do kontrolowania pH roztworów, w których zachodzą reakcje chemiczne. Podawane są one również dożylnie pacjentom w stanie krytycznym.

NaOH [kropelki]		pH NaCl
0	7,16
1	10,5
2	10,82
3	11
4	11,12
5	11,19
6	11,25
7	11,32
8	11,38
9	11,42
10	11,46
12	11,8
14	11,93
16	11,96
18	11,99
20	12,02
24	12,06
28	12,12
32	12,15
36	12,18
40	12,2
44	12,22
48	12,24
52	12,27
56	12,28
60	12,3
64	12,33
68	12,35

2) Przebieg ćwiczeń i wyniki pomiarów:

• 
  Wpływ dodatku kwasu lub zasady na wartość pH roztworu buforowego i nie buforowego

1) 30 ml roztworu 0,1 M NaCl o pH = 7 miareczkujemy 0,1 M roztworem NaOH.

Aby pH zmieniło się o jednostkę należy dodać ok. 0,5cm³ zasady.

2) 40 ml mieszaniny buforu 0,1 M CH₃COOH i 0,1 M CH₃COONa o pKa = 4,8 miareczkujemy 0,1 M roztworem NaOH.

NaOH [ml]	pH CH3COOH i CH3COONa
0	4,57
1	4,62
2	4,7
3	4,76
4	4,82
5	4,86
6	4,92
7	4,96
8	5,02
9	5,06
10	5,11
11	5,17
12	5,24
13	5,29
14	5,38
15	5,41
16	5,48
17	5,54
18	5,61
19	5,7
20	5,8
21	5,92
22	6,11
23	6,4
24	6,53
25	7,46
26	10,56
27	11,46
28	11,73
29	11,9
30	12
31	12,07
32	12,15
33	12,18
34	12,21
35	12,27
36	12,3
37	12,31
38	12,32
39	12,34
40	12,37

Aby pH zmieniło się o 1 jednostkę należy dodać około 10 cm³ zasady.

Obliczamy pojemność buforową:

40 cm³ buforu - 17 cm³ NaOH

1000 cm³ buforu - x

_____________________________

x = 425 cm³

1000 cm³ NaOH - 0,1 mola NaOH

425 cm³ - x

_____________________________

x = 0,0425 mola NaOH

B = ∆C/ ∆pH = 0,025/1 = 0,0425 mola NaOH

• Wpływ wzajemnego stosunku molowego składników mieszaniny buforowej na jej wartość pH.

Składnik I - NH₄Cl

Składnik II - NH₃

Obliczenia:

Dla 5 ml składnika I :

1000 cm³ - 0,1 mola 0,0005 mola - 25 cm³

5 cm³ - x x - 1000 cm³

_______________ ______________________

x = 0,0005 mola x = 0,02 mol/dm³

Dla 10 ml składnika I:

1000 cm³ - 0,1 mola 0,001 mola - 25 cm³

10 cm³ - x x - 1000 cm³

_______________ ______________________

x = 0,001 mola x = 0,04 mol/dm³

Dla 15 ml składnika I:

1000 cm³ - 0,1 mola 0,0015 mola - 25 cm³

15 cm³ - x x - 1000 cm³

_______________ ______________________

x = 0,0015 mola x = 0,06 mol/dm³

Dla 20 ml składnika II:

1000 cm³ - 0,1 mola 0,002 mola - 25 cm³

20 cm³ - x x - 1000 cm³

_______________ ______________________

x = 0,002 mola x = 0,08 mol/dm³

Do obliczenia pH teoretycznego używam wzoru:
gdzie pKa=9,2

pH = 9,2 + log[0,08/0,02] = 9,8.

W analogiczny sposób można wyliczyć pH w pozostałych przypadkach. Wyniki zostały zamieszczone w tabeli poniżej.

Stężenie I składnika buforu [mol/dm^3]	0,02	0,04	0,06	0,08
Stężenie II składnika buforu [mol/dm^3]	0,08	0,06	0,04	0,02
pH buforu	10,03	9,61	9,38	8,89
pH teoretyczne	9,8	9,37	9,02	8,6

.

---