Буферные растворы — это растворы, которые работают на поддержание постоянного pH в системе независимо от добавления сильных кислот или оснований. При отсутствии буферов добавление в раствор сильной кислоты или основания существенно изменяет рН. Буферы имеют решающее значение в повседневной жизни. Например, кровь действует как буфер и способна поддерживать pH в диапазоне от 7,35 до 7,45, поскольку pH выше 7,8 или ниже 6,8 может привести к смерти.
Итак, как работает буфер? Буфер — это, по сути, слабая кислота или основание и его сопряженное основание или кислота, находящиеся в равновесии друг с другом. Возьмем, к примеру, буфер из уксусной кислоты и ацетата натрия. Буферный раствор содержит слабую кислоту и ее сопряженную соль, которая диссоциирует с образованием ацетата сопряженного основания. Раствор является кислым, потому что Ka уксусной кислоты выше, чем Kb сопряженного основания.
Помните, что константа диссоциации, Ka или Kb, определяет силу кислоты или основания, соответственно, так как это константа равновесия для диссоциации соединения в воде. Константа диссоциации также может быть представлена в виде pKa, или отрицательного логарифма Ka, где чем меньше pKa, тем сильнее кислота. То же самое следует и для pKb, где чем меньше pKb, тем прочнее основание.
Возвращаясь к ацетатному буферу, если мы добавим сильное основание, такое как гидроксид натрия, ионы гидроксида вступят в реакцию с ионами гидроксония, присутствующими в растворе. Это приводит к тому, что большее количество уксусной кислоты вступает в реакцию с водой, чтобы вернуться к равновесию, тем самым образуя больше ионов гидроксония. Если мы добавим сильную кислоту, например, соляную кислоту, в растворе образуется больше ионов гидроксония. Эти ионы вступают в реакцию с ионами ацетата, образуя больше уксусной кислоты. В обоих случаях рН раствора изменяется очень незначительно.
Имейте в виду, что каждый буфер имеет определенный диапазон pH, в котором он может буферизировать раствор. Здесь мы показываем кривую титрования для буфера уксусной кислоты. Диапазон буферизации будет выделен. Эта область определяется уравнением Хендерсона-Хассельбальха, которое говорит нам, что pH буфера определяется Ka слабой кислоты и отношением сопряженного основания к слабой кислоте.
Вдали от этого рН слабая кислота или основание буфера истощается, и он не может буферизовать рН. Таким образом, при выборе буфера для вашего приложения выбирайте тот, pKa которого близок к желаемому pH.
Наконец, у всех буферов есть предел их буферной способности, то есть количество кислоты или основания, которое может быть добавлено в буферный раствор до того, как pH значительно изменится. Например, если мы добавим слишком много кислоты в буферный раствор уксусной кислоты и ацетата натрия, мы протонируем все ионы ацетата и накопим много ионов гидроксония, тем самым снизив pH.
Точно так же, если мы добавим слишком много основания, мы депротонируем всю уксусную кислоту и накопим много гидроксид-ионов, тем самым увеличивая pH. Таким образом, на буферную способность влияет концентрация слабой кислоты и сопряженной соли. Таким образом, 1-молярный ацетатный буфер обладает более высокой буферной способностью, чем 0,1-молярный ацетатный буфер.
В этой лаборатории вы будете готовить и исследовать буферы с широким диапазоном pH. Затем вы будете использовать буферы для определенияpK a индикатора pH, называемого нейтральным красным, и исследуете изменение pKa нейтрального красного при введении белка, связывающего рибофлавин.
At the end of this lab, students should know...
Буфер – это раствор, который поддерживает постоянный уровень pH, независимо от добавления сильных кислот или сильных оснований, при условии, что количество добавляемой кислоты или основания находится в пределах буферной емкости раствора.
Буфер должен содержать сопряженную кислоту или пару оснований слабой кислоты или слабого основания.
© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.