普通化学/缓冲系统

← 滴定和pH值 ·	普通化学	· 酸碱反应 →
封面 · 介绍 · v • d • e
单元: 物质 · 原子结构 · 键合 · 反应 · 溶液 · 物质的状态 · 平衡 · 动力学 · 热力学 · 元素
附录: 元素周期表 · 单位 · 常数 · 公式 · 还原电位 · 元素及其性质

简介

缓冲系统是指溶液中含有大量的弱酸及其共轭碱（或弱碱及其共轭酸）的体系。这种耦合能够抵抗溶液pH值的改变。当加入强酸时，它会被共轭碱中和。当加入强碱时，它会被弱酸中和。但是，如果加入过量的酸或碱，就会超过缓冲溶液的容量，导致pH值发生显著变化。

${\hbox{HA}}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\leftrightarrow {\hbox{H}}_{3}{\hbox{O}}^{+}+{\hbox{A}}^{-}$	假设HA是一种任意的弱酸，A^-是它的共轭碱，它们处于平衡状态。
${\hbox{A}}^{-}+{\hbox{H}}^{+}\rightarrow {\hbox{HA}}$	加入强酸后，由于中和作用，pH值只会发生很小的变化。
${\hbox{HA}}+{\hbox{OH}}^{-}\rightarrow {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{A}}^{-}$	同样，加入强碱后，pH值只会发生很小的变化。

当溶液需要保持特定pH值时，缓冲溶液非常有用。例如，血液是一种缓冲系统，因为人体中的生命过程只能在7.35到7.45的特定pH值范围内进行。例如，当运动时肌肉释放乳酸时，血液中的缓冲剂会中和它，以维持健康的pH值。

再次考虑一种任意的弱酸HA，它存在于溶液中。如果我们引入该酸的共轭碱的盐，比如NaA（它会提供A^-离子），我们就得到了缓冲溶液。理想情况下，缓冲溶液应该包含等量的弱酸和共轭碱。

除了加入NaA，如果加入强碱，比如NaOH呢？在这种情况下，氢氧根离子会中和弱酸，生成水和A^-离子。如果溶液中只有A^-离子，那么加入强酸，比如HCl，它们会中和并生成HA。

如你所见，有三种方法可以制备缓冲溶液

**缓冲溶液**
1 HA + 1 A^- 1 HA + ½ OH^- 1 A^- + ½ H⁺	1 B + 1 HB⁺ 1 B + ½ H⁺ 1 HB⁺ + ½ OH^-

所有这六种组合都会生成等量的弱酸及其共轭碱，或弱碱及其共轭酸。

要确定缓冲体系的pH值，必须知道酸的**解离常数**。这个值， $K_{a}$ （或 $K_{b}$ 对于碱）决定了酸（或碱）的强度。它在平衡单元中进行了更深入的探讨，但目前足以说这个值仅仅是酸和碱强度的量度。酸和碱的解离常数是通过实验确定的。

**亨德森-哈塞尔巴尔赫方程**可以计算缓冲溶液的pH值。它是

{\hbox{pH}}={\hbox{pK}}_{a}+\log {\frac {[{\hbox{A}}^{-}]}{[{\hbox{HA}}]}}

对于由碱生成的缓冲液，方程为

{\hbox{pH}}={\hbox{pK}}_{b}+\log {\frac {[{\hbox{B}}]}{[{\hbox{HB}}^{+}]}}

使用这些方程需要确定溶液中碱与酸的比例。