Номер 2, страница 61, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Какие виды буферных растворов существуют?

Буферные растворы – это системы, способные поддерживать постоянное значение pH (кислотности среды) при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или щелочей, а также при разбавлении. По своему составу и механизму действия буферные растворы классифицируются на несколько основных видов.

Кислотные буферные растворы

Такие растворы состоят из слабой кислоты и соли этой кислоты, образованной сильным основанием. Они поддерживают pH в кислой среде (pH < 7). Классическим примером является ацетатный буферный раствор, состоящий из уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и ацетата натрия ($CH_3COONa$).

Механизм действия:

1. При добавлении сильной кислоты (источника ионов $H^+$) в реакцию вступают анионы соли (конъюгированное основание), связывая избыток ионов водорода в молекулы слабой кислоты: $CH_3COO^− + H^+ \rightleftharpoons CH_3COOH$.

2. При добавлении щелочи (источника ионов $OH^−$) в реакцию вступает слабая кислота, нейтрализуя щелочь с образованием воды и аниона соли: $CH_3COOH + OH^− \rightleftharpoons CH_3COO^− + H_2O$.

Таким образом, сильное кислотное или основное воздействие заменяется на образование слабодиссоциирующих соединений, что и обеспечивает стабильность pH.

Значение pH для кислотных буферных растворов рассчитывается по уравнению Гендерсона-Хассельбаха:

$pH = pK_a + \lg{\frac{C_{соли}}{C_{кислоты}}}$

где $pK_a$ – показатель константы диссоциации слабой кислоты, $C_{соли}$ и $C_{кислоты}$ – молярные концентрации соли и кислоты соответственно.

Ответ: Кислотные буферные растворы состоят из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием (например, $CH_3COOH + CH_3COONa$) и поддерживают pH в кислой среде.

Основные буферные растворы

Эти растворы состоят из слабого основания и соли этого основания, образованной сильной кислотой. Они поддерживают pH в щелочной среде (pH > 7). Типичный пример – аммиачный буферный раствор, содержащий гидроксид аммония ($NH_4OH$ или $NH_3 \cdot H_2O$) и хлорид аммония ($NH_4Cl$).

Механизм действия:

1. При добавлении кислоты (источника $H^+$) ее нейтрализует слабое основание: $NH_3 \cdot H_2o + H^+ \rightleftharpoons NH_4^+ + H_2O$.

2. При добавлении щелочи (источника $OH^−$) в реакцию вступает катион соли (конъюгированная кислота), образуя слабое основание: $NH_4^+ + OH^− \rightleftharpoons NH_3 \cdot H_2O$.

Как и в случае кислотных буферов, резкие изменения концентрации ионов $H^+$ или $OH^−$ предотвращаются.

Для расчета pH сначала находят pOH по уравнению:

$pOH = pK_b + \lg{\frac{C_{соли}}{C_{основания}}}$

А затем pH: $pH = 14 - pOH$. Здесь $pK_b$ – показатель константы диссоциации слабого основания, $C_{соли}$ и $C_{основания}$ – молярные концентрации соли и основания.

Ответ: Основные буферные растворы состоят из слабого основания и его соли с сильной кислотой (например, $NH_4OH + NH_4Cl$) и поддерживают pH в щелочной среде.

Другие виды буферных растворов

Существуют и другие системы, обладающие буферными свойствами, которые часто встречаются в биологических системах.

1. Растворы солей многоосновных кислот. Такие буферы состоят из смеси двух кислых солей или кислой соли и средней соли. Важнейший пример – фосфатная буферная система крови, состоящая из ионов дигидрофосфата ($H_2PO_4^−$) и гидрофосфата ($HPO_4^{2−}$). Она играет ключевую роль в поддержании pH внутри клеток.

2. Амфолитные буферные растворы. Это растворы амфотерных соединений (амфолитов), таких как аминокислоты и белки. Их молекулы содержат как кислотные (например, $-COOH$), так и основные (например, $-NH_2$) группы, что позволяет им реагировать и с кислотами, и с основаниями. Белковая буферная система является одной из самых мощных в организме человека.

К важнейшим буферным системам живых организмов также относится гидрокарбонатная система ($H_2CO_3 / HCO_3^−$), поддерживающая pH плазмы крови.

Ответ: К другим видам буферных растворов относятся системы на основе солей многоосновных кислот (например, фосфатный буфер $H_2PO_4^− / HPO_4^{2−}$) и растворы амфолитов, таких как аминокислоты и белки.