pH緩沖溶液、緩沖指數(shù)和緩沖容量

1. 緩沖作用與緩沖溶液

純水在25℃時(shí)pH值為7.0，但只要與空氣接觸一段時(shí)間，因?yàn)槲斩趸级筽H值降到5.5左右。1滴濃鹽酸(約12.4mol·L-1)加入1升純水中，可使[H+]增加5000倍左右(由1.0×10-7增至5×10-4mol·L-1)，若將1滴氫氧化鈉溶液(12.4mol·L-1)加到1升純水中，pH變化也有3個(gè)單位。可見純水的pH值因加入少量的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿而發(fā)生很大變化。然而，1滴濃鹽酸加入到1升HOAc-NaOAc混合溶液或NaH2PO4-Na2HPO4混合溶液中，[H+]的增加不到百分之一(從1.00×10-7增至1.01×10-7mol·L-1)，pH值沒有明顯變化。這種能對(duì)抗外來少量強(qiáng)酸\強(qiáng)堿或稍加稀釋不引起溶液pH值發(fā)生明顯變化的作用叫做緩沖作用；具有緩沖作用的溶液，叫做緩沖溶液。

2. 緩沖溶液的組成

緩沖溶液由足夠濃度的共軛酸堿對(duì)組成。其中，能對(duì)抗外來強(qiáng)堿的稱為共軛酸，能對(duì)抗外來強(qiáng)酸的稱為共軛堿，這一對(duì)共軛酸堿通常稱為緩沖對(duì)、緩沖劑或緩沖系，常見的緩沖對(duì)主要有三種類型。

(1) 弱酸及其對(duì)應(yīng)的鹽　例如，HOAc-NaOAc(實(shí)際上是OAc-)；H2CO3-NaHCO3；H2C8H4O4-KHC8H4O4(鄰苯二甲酸-鄰苯二甲酸氫鉀)；H3BO3-Na2B4O7(四硼酸鈉水解后產(chǎn)生H2BO-3)。

(2) 多元弱酸的酸式鹽及其對(duì)應(yīng)的次級(jí)鹽，例如，NaHCO3-Na2CO3；NaH2PO4-Na2HPO4；NaH2C5HO7(檸檬酸二氫鈉)-Na2HC6H5O7；KHC8H4O4-K2C8H4O4。

(3) 弱堿及其對(duì)應(yīng)的鹽例如NH3-NH+4CL-；RNH2-RNH+3A-(伯胺及其鹽)；Tris-TrisH+A-(三羥甲基烷及其鹽)。

3. 緩沖容量與緩沖范圍

緩沖容量

緩沖能力的強(qiáng)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)。

   對(duì)任何一種緩沖溶液的每一個(gè)pH值，都有其相應(yīng)的緩沖量。緩沖容量實(shí)際上是一個(gè)微分比，可定義為：使1升緩沖溶液的pH值增高很小一個(gè)數(shù)值dpH時(shí)，需加入的強(qiáng)堿物質(zhì)的量為db，則db與dpH之比值叫緩沖容量，用數(shù)學(xué)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-1 pH4.45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)。