Буферный раствор. Основные свойства. Применение.

Буферный раствор — это специальный раствор, который способен поддерживать постоянное значение pH при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи, а также при разбавлении. Буферные растворы широко используются в химии, биологии, медицине и промышленности для калибровки приборов, проведения экспериментов и поддержания стабильных условий.

Основные свойства буферных растворов

1. Стабильность pH:
   • Буферные растворы resist changes in pH when small amounts of acid (H⁺) or base (OH⁻) are added.
   • Они поддерживают pH на постоянном уровне даже при разбавлении.
2. Состав:
   • Буферные растворы состоят из слабой кислоты и её соли (например, уксусная кислота и ацетат натрия) или слабого основания и его соли (например, аммиак и хлорид аммония).
3. Буферная ёмкость:
   • Это способность буферного раствора resist changes in pH. Чем выше концентрация компонентов буфера, тем больше его ёмкость.

Как работает буферный раствор?

Буферный раствор содержит два основных компонента:

1. Слабая кислота (или слабое основание): Она может нейтрализовать добавленную щелочь.
2. Соль слабой кислоты (или слабого основания): Она может нейтрализовать добавленную кислоту.

Пример: Ацетатный буфер (уксусная кислота + ацетат натрия):

• При добавлении кислоты (H⁺): Ацетат-ионы (CH₃COO⁻) связывают ионы H⁺, образуя уксусную кислоту.
• При добавлении щелочи (OH⁻): Уксусная кислота (CH₃COOH) нейтрализует OH⁻, образуя воду и ацетат-ионы.

Применение буферных растворов

1. Калибровка pH-метров:
   • Буферные растворы с известным pH (например, pH 4,01, pH 7,00, pH 10,01) используются для калибровки pH-метров.
2. Биологические исследования:
   • Поддержание стабильного pH в клеточных культурах и биохимических экспериментах.
   • Пример: Фосфатный буфер (pH 7,4) используется в биологических исследованиях.
3. Медицина:
   • Поддержание pH крови и других биологических жидкостей.
   • Пример: Бикарбонатный буфер в крови.
4. Промышленность:
   • Контроль pH в химических процессах, например, при производстве лекарств, продуктов питания, косметики.
5. Аквариумистика:
   • Поддержание стабильного pH в аквариумах.

Популярные буферные растворы

1. Фосфатный буфер:
   • Состав: Дигидрофосфат натрия (NaH₂PO₄) и гидрофосфат натрия (Na₂HPO₄).
   • Диапазон pH: 5,8–8,0.
   • Применение: Биологические исследования, медицина.
2. Ацетатный буфер:
   • Состав: Уксусная кислота (CH₃COOH) и ацетат натрия (CH₃COONa).
   • Диапазон pH: 3,7–5,6.
   • Применение: Химические исследования.
3. Бикарбонатный буфер:
   • Состав: Угольная кислота (H₂CO₃) и бикарбонат натрия (NaHCO₃).
   • Диапазон pH: 9,2–10,8.
   • Применение: Медицина, биохимия.
4. Трис-буфер:
   • Состав: Трис(hydroxymethyl)аминометан (Tris) и соляная кислота (HCl).
   • Диапазон pH: 7,0–9,0.
   • Применение: Молекулярная биология, биохимия.

Заключение

Буферные растворы — это важные инструменты для поддержания стабильного pH в различных процессах. Они используются в лабораториях, медицине, промышленности и других областях. Для калибровки pH-метров чаще всего применяются стандартные буферные растворы с известным pH (например, pH 4,01, pH 7,00, pH 10,01). Приготовление буферных растворов требует точного расчета и соблюдения пропорций компонентов.