буферные растворы, буферные смеси, системы, поддерживающие определённую концентрацию ионов водорода Н+, то есть определённую кислотность среды. Кислотность буферных растворов почти не изменяется при их разбавлении или при добавлении к ним некоторых количеств кислот или оснований.
Примером Б. с. служит смесь растворов уксусной кислоты CH
3COOH и её натриевой соли CH
3COONa. Эта соль как сильный электролит (См.
Электролиты) диссоциирует практически нацело, т. е. даёт много ионов CH
3COO
-. При добавлении к Б. с. сильной кислоты, дающей много ионов Н
+, эти ионы связываются ионами CH
3COO
- и образуют слабую (то есть мало диссоциирующую) уксусную кислоту:
Наоборот, при подщелачивании Б. с., то есть при добавлении сильного основания (например, NaOH), ионы OH- связываются Н+-ионами, имеющимися в Б. с. благодаря диссоциации уксусной кислоты; при этом образуется очень слабый электролит - вода:
По мере расходования Н+-ионов на связывание ионов OH- диссоциируют всё новые и новые молекулы CH3COOH, так что равновесие (1) смещается влево. В результате, как в случае добавления Н+-ионов, так и в случае добавления ОН--ионов, эти ионы связываются и потому кислотность раствора практически не меняется.
Кислотность растворов принято выражать так называемым водородным показателем (См.
Водородный показатель)
pH (для нейтральных растворов pH=7, для кислых - pH меньше, а для щелочных - больше 7). Приливание к 1
л чистой воды 100
мл 0,01 молярного раствора HCl (0,01
М) изменяет pH от 7 до 3. Приливание того же раствора к 1
л Б. с. CH
3COOH + CH
3COONa (0,1
М)
изменит pH от 4,7 до 4,65, то есть всего на 0,05. В присутствии 100
мл 0,01
М раствора NaOH в чистой воде pH изменится от 7 до 11, а в указанной Б. с. лишь от 4,7 до 4,8. Кроме рассмотренного, имеются многочисленные другие Б. с. (примеры см. в табл.). Кислотность (и, следовательно, pH) Б. с. зависит от природы компонентов, их концентрации, а для некоторых Б. с. и от температуры. Для каждой Б. с. pH остаётся примерно постоянным лишь до определённого предела, зависящего от концентрации компонентов.
Примеры буферных систем
------------------------------------------------------------------------------------------
| Компоненты | pH |
| (концентрации по 0,1 г мол/л) | (при |
| | 15-250C) |
|----------------------------------------------------------------------------------------|
| Уксусная кислота + ацетат натрия, CH3 | 4,7 |
| COOH + CH3COONa | |
|----------------------------------------------------------------------------------------|
| Лимоннокислый натрий | 5,0 |
| (двузамещеный), C6H6O7Na2 | |
|----------------------------------------------------------------------------------------|
| Борная кислота + бура, | 8,5 |
| Н3ВО3 + Na2B4O7 10H2O | |
|----------------------------------------------------------------------------------------|
| Борная кислота + едкий натр, | 9,2 |
| Н3ВО3 + NaOH. | |
|----------------------------------------------------------------------------------------|
| Фосфат натрия (двузамещеный)+ | 11,5 |
| + едкий натр, Na2HPO4 + NaOH | |
------------------------------------------------------------------------------------------
Б. с. широко используются в аналитической практике и в химическом производстве, так как многие химические реакции идут в нужном направлении и с достаточной скоростью лишь в узких пределах pH. Б. с. имеют важнейшее значение для жизнедеятельности организмов; они определяют постоянство кислотности различных биологических жидкостей (крови, лимфы, межклеточных жидкостей). Основные Б. с. организма животных и человека: бикарбонатная (угольная кислота и её соли), фосфатная (фосфорная кислота и её соли), белки (их буферные свойства определяются наличием основных и кислотных групп). Белки крови (прежде всего гемоглобин, обусловливающий около 75\% буферной способности крови) обеспечивают относительную устойчивость pH крови. У человека pH крови равен 7,35-7,47 и сохраняется в этих пределах даже при значительных изменениях питания и др. условий. Чтобы сдвинуть pH крови в щелочную сторону, необходимо добавить к ней в 40-70 раз больше щёлочи, чем к равному объёму чистой воды. Естественные Б. с. в почве играют большую роль в сохранении плодородия полей.
В. Л. Василевский.