醫(yī)用化學/緩沖容量與緩沖范圍
| 醫(yī)學電子書 >> 《醫(yī)用化學》 >> PH值與緩沖溶液 >> 緩沖溶液 >> 緩沖容量與緩沖范圍 |
| 醫(yī)用化學 |
|
|
|
（一）緩沖容量
緩沖能力的強弱，可用緩沖容量β表示。緩沖容量也叫緩沖值或緩沖指數(shù)。
如圖3-1所示，對任何一種緩沖溶液的每一個PH值，都有其相應的緩沖量。緩沖容量實際上是一個微分比，可定義為：使1升緩沖溶液的PH值增高很小一個數(shù)值dPH時，需加入的強堿物質(zhì)的量為db，則db與dPH之比值叫緩沖容量，用數(shù)學式表示為β=db/dPH緩沖mol.L-1.PH－1。如總濃度（即共軛酸與共軛堿濃度之和）為0.100mol.L-1PH4.45的HOAc-NaOAc緩沖溶液(即醋酸緩沖溶液)的緩沖容量為0.051(mol.L-1.PH－1)。
圖3-1 醋酸緩沖溶液在不同緩沖比時的緩沖容量
在實際工作中，我們可以通過測量加入強堿的增量Δb（或加入強酸，相對于減少強堿量-Δb），同時測量相應的PH值的增量ΔPH（或加入強酸，PH減小，-ΔPH），從兩者比值求得β。因此緩沖容量在數(shù)值上等于使1毫升緩沖溶液的PH值改變1個單位時所必須加入的強堿或強酸的物質(zhì)的量（通常單位用毫摩）。
（3-17）
加入堿Δb以后，溶液PH值增大，加入酸以后（相當于減去Δb），溶液PH值減小，所以β總是正值。
（二）影響緩沖容量的因素
緩沖容量的大小與緩沖溶液的緩沖比和總濃度有關(guān)。設(shè)m和n分別為緩沖比中共軛酸和共軛堿的數(shù)值，即［共軛堿］：［共軛酸］=n：m，c總為總濃度，用下式可計算緩沖容量β：
或β=2.30×［共軛酸］×［共軛堿］/ c總(3-18)
從式(3-18)及圖3-1可以看出,緩沖溶液的緩沖容量取決于緩沖溶液的總濃度及緩沖比.可得出如下結(jié)論：
1．當緩沖溶液的緩沖比一定時，溶液的PH值也一定。緩沖溶液的緩沖容量取決于緩沖溶液的總濃度和緩沖比的比值。
2．當緩沖溶液的PH值一定時，即緩沖比垢比值一定時，緩沖溶液的總濃度越大，則加入少量強酸或強堿所引起緩沖比的比值變化越小，PH改變越小，緩沖容量就越大。圖3-1表示兩種總濃度都一定的醋酸緩沖溶液的β分別隨緩沖比和PH改變的情況。總濃度為0.1mol.L-1和0.05 mol.L-1的醋酸緩沖溶液,當緩沖比為1:1時，PH為4.75，β分別為0.0575和0.0288（mol.L-1.PH－1），總濃度大的溶液緩沖容量較大。從式（3-18）也可見，當緩沖比一定即m和n的數(shù)值一定時，β與緩沖溶液的總濃度成正比?？倽舛纫话阍?.05-0.20mol.L-1范圍內(nèi)。
3．當緩沖溶液的總濃度一定時，它的緩沖容量以緩沖比等于1（即［共軛堿］=［共軛酸］）時為最大。這時溶液的PH=PKa。當溶液的緩沖比與1偏離愈遠，則PH值與PKa的偏差也隨著增大，溶液的緩沖容量也隨著減小。當溶液的緩沖比大于10/1或小于1/10時，則溶液的緩沖容量極小，一般認為沒有緩沖能力。從圖3-1看出，對總濃度一定的緩沖溶液來說，當緩沖比愈接近于1：1，緩沖容量愈大；當緩沖比等于1：1，即緩沖溶液的PH值等于PKa時，緩沖容量達極大值（β極大）。當m=n=1，式（3-18）成為
β極大=2.30×1/2×1/2×β極大=0.575β極大?。?-19）
4．由足夠濃度的共軛酸堿對組成的溶液，只能在一定的PH值范圍內(nèi)發(fā)揮有效的緩沖作用。這個能發(fā)揮有效緩沖作用的PH范圍，叫緩沖范圍。當緩沖比為1/10時，PH=PKa-1；當緩沖比為10/1時，PH=PKa+1。故緩沖范圍PH值大致在PKa-1至PKa+1約兩個PH單位范圍內(nèi)，即在
PH= PKa±1
的近似范圍內(nèi)，才能表現(xiàn)出緩沖作用。而且同一溶液在不同的PH值時，緩沖容量也不相同。從圖3-1，緩沖超出此范圍時，β值很小（＜0.01），已無緩沖作用。
5．不同緩沖對所組成的緩沖溶液，由于共軛酸的PKa值不同，因此它們的緩沖范圍也各不相同（表3-6）。
例8 將0.20mol.L-1NaOH溶液0.15mL加入10mLpH值為4.73的緩沖溶液中，緩站溶液的pH值變?yōu)?.78，試求此緩沖溶液的緩沖容量。
解：每毫升緩沖溶液中加入NaOH的毫摩爾數(shù)
△b=0.20*0.15/10
△pH=4.78-4.73
表3-6 幾種常用緩沖溶液中共軛酸的PKa及緩沖范圍
| 緩沖溶液的組成 | 共軛酸的PKa | 緩沖范圍 |
| H2C8H4O4（鄰苯二甲酸）-NaOH(即H2C8H4O-4-HC8H4O-4) | 2.89(PKa1) | 2.2～4.0 |
| KHC8H4O4( )- NaOH(鄰苯二甲酸氫鉀)（即HC8C4O-4-C8H4O2-4) | 5.41(PKa2) | 4.0～5.8 |
| HOAc- NaOH(即HOAc-OAc-) | 4.75 | 3.7～5.6 |
| KH2PO4-Na2HPO4 | 7.21(PKa2) | 5.8～8.0 |
| Htris+-Tris［三（羥甲基）氨基甲烷-HCL］ | 8.21 | 7.1～8.9 |
| H3BO3- NaOH(即H3BO3-H2BO-3) | 9.14(PKa1) | 8.0～10.0 |
| NaHCO3-Na2CO3(即HCO-3-CO2-3) | 10.25(PKa2) | 9.2～11.0 |
例9 （1）求0.100mol.L-1醋酸緩沖溶液的緩沖容量極大值；（2）已知醋酸的pK=4.75，求0.100mol.L-1pH4.45的醋酸緩沖溶液的緩沖容量。
解：（1）當緩沖溶液的緩沖比為1：1，即m=1和n=1時，緩沖容量達極大值。已知ca=0.100mol.L-1。則由式（3-19）
β極大=0.575c總=0.575*0.100=0.0575(mol.L-1.pH-1)
（2）根據(jù)式（3-11），
所以 緩沖比［OAc-］/［HOAc］=0.50/1
即 m－1 n=0.5
代入式(3-18)得
 緩沖溶液PH的計算 | 緩沖溶液的配制  |
| 關(guān)于“醫(yī)用化學/緩沖容量與緩沖范圍”的留言： |  訂閱討論RSS
|
|
目前暫無留言 | |
| 添加留言 | |