6 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.