Слабые кислоты и основания, pH раствора
Слабыми называют те кислоты и основания, степень диссоциации которых в 0,1 М раствора составляет менее 3 %. Таковыми являются: ${H_2S, H_2CO_3, Al(OH)_3, NH_3 \cdot H_2O, CH_3COOH, Cu(OH)_2}$ и т. д.
Степень диссоциации рассчитывается по следующей формуле: ${\alpha = \frac {v'(x)}{v(x)}}$, где ${v'(x)}$ - число молекул, которое диссоциировало на ионы, ${v(x)}$ - общее число растворенных молекул.
Другими словами, кислота - это вещество, которое повышает концентрацию ионов водорода в растворе путем диссоциации, а основание - это вещество, которое уменьшает концентрацию ионов водорода, отдавая раствору гидроксид ион, который и поглощает ионы водорода из раствора.
pH раствора - это величина, которая характеризует меру активности ионов водорода в растворе, количественно показывающая его кислотность.
Константа диссоциации воды равна ${1 \cdot 10^{-14}}$, из этого следует, что ${[H^{+}] = [OH^{-}] = \sqrt {10^{-14}} = 10^{-7}}$. Кислотность растворов обычно выражают через концентрацию ионов водорода. В кислых растворах ${[H^{+}] > 10^{-7}}$, в нейтральных - ${[H^{+}] = 10^{-7}}$, в щелочных - ${[H^{+}] \lt 10^{-7}}$.
Для удобства можно использовать выражение кислотности раствора через отрицательный логарифм концентрации ионов водорода: ${pH = - lg[H^{+}]}$, соответственно в кислых растворах ${pH \lt 7}$, в нейтральных - ${pH = 7}$, в щелочных - ${pH > 7}$.
Стоит отметить, что кислота – это вещество, которое повышает концентрацию ионов водорода в растворе путем диссоциации, а основание – это вещество, которое уменьшает концентрацию ионов водорода, отдавая раствору гидроксид ион, который и поглощает ионы водорода из раствора. Слабыми же называются те кислоты и основания, которые не способны диссоциироваться в полном объеме.
Буферные системы
Буферными являются системы, которые способны сохранять постоянство концентрации ионов водорода при добавлении кислот и щелочей или же при разведении.
Выделяют несколько видов буферных систем:
Кислотные – слабая кислота + соль этой кислоты:
${K_Д = \frac {[CH_3COO^{-}] \cdot [H^{+}]}{[CH_3COOH]}}$
${[H^{+}] = K_Д \cdot \frac {[CH_3COOH]}{[CH_3COO^{-}]}}$
${-lg[H^{+}] = -lgK_Д - lg \frac {[CH_3COOH]}{[CH_3COO^{-}]}}$
${-lgK_Д = pK_{CH_3COOH}}$
${pH = pK_{CH_3COOH} + lg \frac {[CH_3COO^{-}]}{[CH_3COOH]}}$ - уравнение Гендерсона - Гассельбаха
Кислотная буферная система может быть:
- ацетатной
,
Рисунок 1.- гидрокарбонатной
Рисунок 2.Основные - слабое основание + соль этого основания:
Рисунок 3.${pOH = pK_{NH_4OH} + lg \frac {NH_4Cl}{NH_4OH}}$
${pH = 14 - pOH}$
Солевые - слабая кислота + натриевая/калиевая соль этой кислоты:
Рисунок 4.Белковые.
Также рассмотрим буферные системы крови, которые делятся на:
гидрокарбонатный буфер
,
Рисунок 5.белковый буфер
,
Рисунок 6.фосфатный буфер
Рисунок 7.гемоглобиновая буферная система делится на гемоглобиновую (${\frac {HHb}{Hb^{-}}}$) и оксигемоглобиновую (${\frac {HHbO_2}{HbO_2 ^{-}}}$)систему
