Докажите с помощью соответствующих уравнений механизм действия фосфатной буферной смеси (NaH2PO4 и Na2HPO4)
5 Просмотров
Задание:
Докажите с помощью соответствующих уравнений механизм действия фосфатной буферной смеси (NaH2PO4 и Na2HPO4). Рассчитайте рН буферной смеси, состоящей из равных объемов одинаковых концентраций растворов ее компонентов. Константа диссоциации H2PO4 (-) равна 6.22*10^-8
Ответ на задание:
Механизм действия
Фосфатная буферная система играет важную роль в поддержании постоянства pH в биологических системах, таких как кровь и внутриклеточная жидкость. Она состоит из двух сопряженных пар: дигидрофосфат-иона (H₂PO₄⁻) и гидрофосфат-иона (HPO₄²⁻).
Как работает буферная система:
- При добавлении кислоты: Избыточные ионы H⁺ реагируют с гидрофосфат-ионами (HPO₄²⁻), образуя дигидрофосфат-ионы (H₂PO₄⁻). Это приводит к незначительному сдвигу равновесия в сторону образования более слабого основания, но pH раствора остается относительно стабильным.
- При добавлении основания: Избыточные гидроксид-ионы (OH⁻) реагируют с дигидрофосфат-ионами (H₂PO₄⁻), образуя воду и гидрофосфат-ионы (HPO₄²⁻). Таким образом, pH раствора также остается относительно стабильным.
Реакции, происходящие в буферной системе:
-
При добавлении кислоты: HPO₄²⁻ + H⁺ ↔ H₂PO₄⁻
-
При добавлении основания: H₂PO₄⁻ + OH⁻ ↔ HPO₄²⁻ + H₂O
Расчет pH буферной смеси
Дано:
- Равные объемы одинаковых концентраций растворов NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄.
- Kₐ (H₂PO₄⁻) = 6.22 × 10⁻⁸
Решение:
Для расчета pH буферной смеси можно использовать уравнение Хендерсона-Хассельбаха:
pH = pKₐ + log([A⁻]/[HA])
где:
- pH – водородный показатель
- pKₐ = -logKₐ – отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации кислоты
- [A⁻] – концентрация сопряженного основания (HPO₄²⁻)
- [HA] – концентрация кислоты (H₂PO₄⁻)
Так как концентрации сопряженной кислоты и основания равны ([A⁻] = [HA]), то логарифмический член уравнения равен нулю.
pH = pKₐ
pKₐ = -log(6.22 × 10⁻⁸) ≈ 7.21
Ответ: pH буферной смеси, состоящей из равных объемов одинаковых концентраций растворов NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄, равен приблизительно 7.21.
Вывод:
Фосфатная буферная система эффективно противодействует изменениям pH благодаря наличию двух сопряженных пар, которые могут принимать или отдавать протоны. Рассчитанное значение pH подтверждает, что эта система поддерживает слабощелочную среду.