缓冲溶液：特性，制备方法，实例 - 化学 - 2025

的缓冲溶液或缓冲液是那些能够在pH下由于降低的变化离子H ₃ ö ⁺和OH ^- 。如果没有这些，则某些系统（例如生理系统）会受到损害，因为它们的组成对pH的突然变化非常敏感。

就像汽车中的减震器可以减少运动引起的冲击一样，缓冲液也一样，但溶液的酸度或碱度也一样。此外，缓冲液会建立有效的特定pH范围。

否则，H ₃ O ⁺离子会酸化溶液（pH值降至6以下），导致反应性能可能发生改变。相同的示例可用于碱性pH值，即大于7。

特点

组成

它们基本上由酸（HA）或弱碱（B）及其共轭碱或酸的盐组成。因此，有两种类型：酸缓冲剂和碱缓冲剂。

酸缓冲液对应于HA / A ^-对，其中A ^-是弱酸HA和相互作用与离子的共轭碱-例如Na ⁺ -形式以钠盐。通过这种方式，尽管它们也可以是钾盐或钙盐，但是该对仍然保留为HA / NaA。

由弱酸HA衍生而来，可根据以下公式缓冲酸性pH范围（小于7）：

HA + OH ^- =>甲^- + H ₂ ö

但是，由于是弱酸，其共轭碱会部分水解以再生部分消耗的HA：

甲^- + H ₂ ö<=> HA + OH ^-

另一方面，碱性缓冲液由B / HB ⁺对组成，其中HB ⁺是弱碱的共轭酸。通常，HB ⁺与氯离子形成盐，而对则为B / HBCl。这些缓冲液可缓冲基本pH范围（大于7）：

B + H ₃ O ⁺ => HB ⁺ + H ₂ O

同样，HB ⁺可以部分水解以再生一些消耗的B：

HB ⁺ + H ₂ O <=> B + H ₃ O ⁺

它们中和酸和碱

虽然酸性缓冲液缓冲在pH酸性和碱性缓冲液pH碱性的，两者都可以用反应ħ ₃ ö ⁺和OH ^-离子穿过这些一系列的化学方程式：

甲^- + H ₃ ö ⁺ => HA + H ₂ ö

HB ⁺ + OH ^- => B + H ₂ O

因此，在HA / A的情况下^-对，HA发生反应与OH ^-离子，而A ^{- -}及其共轭碱-起反应与H ₃ Ò ⁺。对于B / HB ⁺对，用H B进行反应₃ ö ⁺离子，而HB ⁺ -其共轭酸-与OH ^- 。

这使两种缓冲液都能中和酸性和碱性物质。上述相比，例如，恒定加成OH的摩尔数的结果^- ，在pH值（ΔpH）变化的减少：

以上示出了图像的pH缓冲液对强碱（OH ^-供体）。

最初，由于HA的存在，pH呈酸性。加入强碱后，会形成A的第一摩尔^-缓冲液开始起作用。

但是，曲线的某个区域的斜率不太陡; 也就是说，阻尼效率更高（蓝色框）。

效率

有几种方法可以理解阻尼效率的概念。其中之一是确定pH值相对于碱的体积的二阶导数，求出V的最小值，即Veq / 2。

Veq是等效点处的体积；这是中和所有酸所需的碱量。

了解它的另一种方法是通过著名的Henderson-Hasselbalch方程：

pH = pK _a +对数（/）

这里B表示的基，A的酸，和PK _一个是酸恒定的最小对数。该方程式适用于酸性物质HA和共轭酸HB ⁺。

如果相对于它很大，则log（）取一个非常负的值，该值从pK _a中减去。另一方面，如果相对于log（）很小，则log（）的值将为非常正的值，并将其添加到pK _a中。但是，当=时，log（）为0，pH = pK _a。

以上所有是什么意思？在方程式的极端情况下，ΔpH会更大，而当pH等于pK _a时，ΔpH会最小。并且由于pK _a是每种酸的特征，因此该值确定范围pK _a ±1。

该范围内的pH值是缓冲液最有效的pH值。

制备

要准备缓冲溶液，请记住以下步骤：

-知道所需的pH值，因此要知道在反应或过程中要保持恒定的pH值。

-知道了pH值，然后在所有弱酸中寻找pK _a接近该值的弱酸。

-一旦选择了HA种类并计算了缓冲液的浓度（取决于需要中和多少碱或酸），就要称量必要量的钠盐。

例子

乙酸的pK _a为4.75，CH ₃ COOH；因此，一定量的这种酸和乙酸钠CH ₃ COONa 的混合物可形成可在pH范围（3.75-5.75）内有效缓冲的缓冲液。

单质子酸的其他实例是苯甲酸（C ₆ H ₅ COOH）和甲酸（HCOOH）。对于每个pK值，_a分别为4.18和3.68；因此，其具有最高缓冲性的pH范围是（3.18-5.18）和（2.68-4.68）。

此外，聚质子酸例如磷酸（H ₃ PO ₄）和碳（H ₂ CO ₃）具有许多pK值_，因为质子可以被释放。因此，H ₃ PO ₄具有三个pK _a（2.12、7.21和12.67），H ₂ CO ₃具有两个pK _a（6.352和10.329）。

如果要使溶液的pH值保持在3，可以在缓冲液HCOONa / HCOOH（pK _a = 3.68）和NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄（pK _a = 2.12）之间进行选择。

第一缓冲液，甲酸的缓冲液比磷酸缓冲液的pH值更接近3。因此，HCOONa / HCOOH在pH 3时比NaH ₂ PO ₄ / H ₃ PO ₄缓冲更好。

参考文献

1. Day，R。，和Underwood，A。定量分析化学（第5版）。PEARSON Prentice Hall，第188-194页。
2. 阿夫萨·阿拉斯（Avsar Aras）。（2013年4月20日）。迷你冲击。取自2018年5月9日，来自：commons.wikimedia.org
3. 维基百科。（2018）。缓冲溶液。检索于2018年5月9日，来自：en.wikipedia.org
4. 副会长 Lubomir Makedonski教授，博士。。缓冲溶液。瓦尔纳医科大学。
5. 化学集体。缓冲区教程。于2018年5月9日检索自：chemcollective.org
6. 问他们。（2018）。缓冲溶液。取自2018年5月9日，来自：askiitians.com
7. Quimicas.net（2018）。缓冲液，缓冲液或缓冲液的示例。检索于2018年5月9日，来自：quimicas.net