Вход

Буферное действие растворов слабых электролитов

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Курсовая работа*
Код 197257
Дата создания 11 июня 2017
Страниц 29
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 29 марта в 12:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
1 600руб.
КУПИТЬ

Описание

Заключение
В представленной работе были рассмотрены вопросы, связанные с буферным действием растворов на основе слабых электролитов. В первой главе работы проведен анализ кислотно-основного равновесия в свете представлений о природе понятий «кислота» и основание» для различных теорий – Лавуазье, Либиха, Аррениуса, Бренстеда-Лоури. Вторая глава работы посвящена описанию буферных систем, равновесию в буферных системах, понятию «буферная емкость». Третья и четвертая главы работы описывают использование буферных систем в аналитической химии и их значению для биологических организмов.
Установлено, что буферные системы могут быть широко использованы для химического и биологического анализа, то есть могут применяться в различных областях химии, медицины и биологии.
В настоящее время известно бол ...

Содержание

Содержание

Введение 3
Глава 1. Основные положения кислотно-основного равновесия. 4
Глава 2. Буферные растворы на основе слабых электролитов 14
Глава 3 . Применение буферных растворов в химическом анализе 25
Глава 4. Значение буферных систем в биологии 27
Заключение 29
Список использованных источников 30
Приложение 1. 31

Введение

Введение
Химический анализ служит средством контроля производства и качества продукции в ряде отраслей народного хозяйства — химической, нефтеперерабатывающей и фармацевтической промышленности, в металлургии и горнодобывающей индустрии. На результатах анализа в значительной степени базируется разведка полезных ископаемых. Анализ — главное средство контроля за загрязненностью окружающей среды. Выяснение химического состава почв, удобрений, кормов и сельскохозяйственной продукции важно для нормального функционирования агропромышленного комплекса. Химический анализ незаменим в медицинской диагностике, биотехнологии. От уровня химического анализа, оснащенности лабораторий методами, приборами и реактивами зависит развитие многих наук.
Научная основа химического анализа — аналитическая химия, на ука, которая в течение столетий была частью, а иногда и основной частью химии. В последнее время эта наука в значительной степени изменялась, выросли ее возможности, расширились области, которые она охватывает.
Одним из важнейших понятий используемых в аналитической химии является кислотно-основное равновесие в растворах. Кислотно-основное равновесие сильно зависит от состава растворенных электролитов, в частности от констант диссоциации этих электролитов. В зависимости от значения константы диссоциации ( степени диссоциации), электролиты могут быть разделены на три класса – сильные, средние и слабые. В сильных электролитах степень диссоциации может достигать 100%, в слабых электролитах степень диссоциации обычно не превышает 1%. Предлагаемая работа посвящена изучению буферным растворам на основе слабых электролитов и их использованию в аналитической химии.

Фрагмент работы для ознакомления

кислота
основание
сопряженное основание
сопряженная кислота
Реакция, протекающая в прямом направлении является реакцией ионизации уксусной кислоты, а в обратном направлении – реакцией нейтрализации основания (ацетат-иона) кислотой.
Равновесие данного обратимого процесса в значительной степени смещено влево, т.к. СН3СООН и Н2О являются более слабыми кислотой и основанием, чем Н3О+ и СН3СОО– . Данная прямая реакция является реакцией гидролиза ацетат-иона, а обратная – реакцией нейтрализации уксусной кислоты сильным основанием ОН– [2,3.5].
Глава 2. Буферные растворы на основе слабых электролитов
В самом широком смысле буферными называют системы, поддерживающие определенное значение какого-либо параметра при изменении состава. Буферные растворы могут быть кислотно-основными — поддерживают постоянное значение рН при введении кислот или оснований; окислительно-восстановительными — сохраняют постоянным потенциал систем при введении окислителей или восстановителей; известны металлобуферные растворы, в которых поддерживается постоянное значение рМ. Буферный раствор представляет собой сопряженную пару, в частности кислотно-основные — сопряженную кислотно-основную пару [4].
2.1 Состав буферных смесей
Буферные системы (смеси или растворы) по составу бывают двух основных типов:
а) состоящие из слабой кислоты и соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием;
б) состоящие из слабого основания и соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой.
В качестве примера можно привести следующие:
а) ацетатный буферный раствор, состоящий из уксусной кислоты СН3СООН и ацетата натрия СH3СООNa
б) бикарбонатный буферный раствор, состоящий из угольной кислоты H2CO3 и гидрокарбоната натрия NaHCO3
в) аммиачный буферный раствор, состоящий из гидроксида аммония NH4OH и хлорида аммония NH4Cl
г) фосфатный буферный раствор, состоящий из дигидрофосфата натрия NaH2PO4 и гидрофосфата натрия Na2HPO4[3,6]
Также известны и буферные растворы имеющие смешанный характер, например фосфатно-цитратный буфер, состоящий из гидрофосфата натрия и лимонной кислоты.
2.2. Значения водородного показателя буферных растворов
Каждый буферный раствор характеризуется определенным значением рН, которое буферная система и стремится сохранить при добавлении кислот или щелочей. Для примера рассмотрим ацетатный буферный раствор. В этом растворе существуют равновесия:
СН3СООН ↔СН3СОО- + Н+
CH3COONa ↔ CH3COO- + Na+
Имеем [H+]=Ka[CH3COOH]/[CH3COO-], принимая, что [CH3COOH]=С(СН3СООН) и [CH3COO-]= Соль, получаем [H+]=Ka хСкисл./Соль или рН = рКа + lgCсоли/Ск-ты. Мы получили так называемое уравнение Гендерсона-Хассельбаха. Ка – константа диссоциации кислоты [1].
Аналогичным способом можно получить уравнение и для буферного раствора , состоящего из слабого основания и соли слабого основания. Из приведенных уравнений видно, что рН буферных смесей зависит от константы диссоциации слабой кислоты или основания и от соотношения концентраций компонентов буферных смесей. Таким образом, для приготовления буферных растворов с желаемым значением рН следует использовать кислоты или основания с соответствующими константами диссоциации, а также подбирать определенные соотношения компонентов
Таблица 1. Буферные ряды [1]
Соотношение компонентов в буфере
рН буферных систем
ацетатный
фосфатный
аммиачный
9:1
3,72
5,91
10,28
8:2
4,05
6,24
9,95
7:3
4,27
6,47
9,73
6:4
4,45
6,64
9,55
5:5
4,53
6,81
9,37
4:6
4,80
6,98
9,20
3:7
4,99
7,17
9.01
2:8
5,23
7.38
8,77
1:9
5,57
7,73
8,43
Из приведенной таблицы видно, что в зависимости от соотношения компонентов, входящих в состав ацетатного буфера, можно приготовить среды с значением рН от 3,7 до 5,6; у фосфатного буфера – от 5,9 до 7,7 и у аммиачного – от 8,4 до 10,3. Кроме того видно, что при одинаковых соотношениях компонентов (например 9:1) у ацетатной, фосфатной или аммиачной буферных смесей значение рН различно, что зависит от разной величины константы диссоциаций кислот и оснований. (Приложение 1).
Для практических целей удобно применять таблицы в которых указывается в каких соотношениях должны быть взяты компоненты буферных смесей для получения буферных растворов с желаемой концентрацией водородных ионов.
Таблица 2. Соотношение компонентов в ацетатной буферной смеси [1]
рН
0,2 М СН3СООН, мл
0,2 M CH3COONa, мл
3,6
18,5
1,5
3,8
17,6
2,4
4,0
16,4
3,6
4,2
14,7
5,3
4,4
12,6
7,4
4,6
10,2
9,8
4,8
8,0
12,0
5,0
5,9
14,1
5,2
4,2
15,8
5,4
2,0
17,1
5,6
1,9
18,1
2.3. Механизм действия буферных растворов
Рассмотрим механизм буферного действия на примере ацетатного буферного раствора:
HAc ↔ Ac- + H+
NaAc ↔ Ac- + Na+
При добавлении соляной кислоты к ацетатному буферному раствору происходит реакция обменного разложения с одним из компонентов смеси NaAc:
NaAc + HCl → HAc + NaCl
Как видно из уравнения, сильная кислота вытесняет эквивалентное количество слабой кислоты (в данном случае соляная кислота вытесняет уксусную). В соответствии с законом разведения Оствальда повышение концентрации уксусной кислоты понижает степень ее диссоциации и в результате этого концентрация протонов в буферном растворе увеличивается незначительно. При добавлении к буферному раствору щелочи концентрация водородных ионов и рН также изменяются незначительно. Щелочь при этом реагирует с другим компонентом буферной системы (уксусной кислотой) по реакции нейтрализации:
HAc + NaOH → NaAc + H2O
2.3 Емкость буферного раствора
Способность буферных систем стойко поддерживать на определенном уровне концентрацию водородных ионов, а следовательно и значение рН является ограниченным. Смещение значения водородного показателя зависит от количества добавленных к нему сильных кислот или оснований и, в связи с этим от уменьшения концентрации одного из компонентов (слабой кислоты или ее соли), входящих в состав буфера.
Способность буферной системы противодействовать изменению рН измеряется буферной емкостью. Буферная емкость определяется числом молей сильной кислоты или основания, которые нужно добавить к 1 л раствора, чтобы изменить значение рН раствора на единицу:
π= -dCкисл./d pH `и π=dСосн./d рН,
где dC – прирост концентрации сильной кислоты или основания, вызвавший изменение на dpH (знак минус указывает на уменьшение рН при добавлении сильной кислоты НА). Бесконечно малый прирост dC сильной кислоты вызывает такой же прирост концентрации слабой кислоты d[HA], а бесконечно малый прирост dC сильного основания приводит к появлению такого же количества слабого основания d[A-], только в первом случае рН немного уменьшится, в во втором увеличится. Суммарная концентрация компонентов смеси Сбуф не меняется [3,7]:
Сбуф=[HA] + [A-] - уравнение материального баланса
Учитывая, что рН= -lg[H+], получаем:
Буферная емкость зависит от концентрации компонентов буферной смеси. Из выражения для константы диссоциации кислоты НА
[H+]=Ka x[HA]/[A-]
и уравнения материального баланса [HA] = Сбуф – [A-] получаем

Продифференцировав по [A-] , имеем

Подставив полученные выражения в уравнение для буферной емкости, получаем

или
Буферную емкость можно также определить через другой параметр системы, а именно через константу диссоциации Ка. Используя константу диссоциации кислоты НА и уравнение материального баланса, получим:

найдем

При добавлении dC сильного основания получается d[A-] основания А-, поэтому

и

Зная значение буферной емкости, можно определить изменение водородного показателя рН раствора при добавлении сильной кислоты или основания, а также решить другие вопросы [4].
Например, буферная емкость аммиачной буферной смеси, состоящей из 0,10 М NH3 и 0,20 М NH4Cl (pH 8,96), равна

Список литературы

Список использованных источников

1. М.И. Равич-Щербо, Г.А. Анненков. Физическая и коллоидная химия. М.: «Высшая школа» - 1964., - 289 с.
2. Основы аналитической химии. В 2 кн. Кн. 1 Общие вопросы. Методы разделения: Учебник для вузов / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др. Под ред. Ю.А. Золотова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004.- 361 с.
3. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия: Учеб. для биол. ф-тов университетов и пед. вузов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.; Высш. шк., 1990. – 416 с.
4. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. – М.: Мир, 1978., - 654 с.
5. Кемпбел Дж. Современная общая химия. Т 1., - М.: Мир, 1975., - 342 с.
6. Краткий справочник физико-химических величин /Под ред. А.А. Равделя, К.П. Мищенко.– Л.: Химия, - 1974., - 230 с.
7. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов / Под ред. А.Г. Стромберга. – 4-е изд., - М.: Высш. шк., 2001. -527 с.

Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00708
© Рефератбанк, 2002 - 2024