Буферные растворы

01.09.2012

При измерениях рН необходимо иметь набор буферных растворов в пределах значений рН от 2 до 9. П.А. Крюков рекомендует приготовление следующих четырех буферных смесей:
1) рН 2,04 - раствор Вейбеля, представляющий собой 0,09 н. раствор хлористого калия в 0,01 н. растворе соляной кислоты. Приготовление: 100 мл 0,1 н. раствора НСl и 6,71 г кристаллического КСl помещают в литровую колбу, которую затем наполняют дистиллированной водой до метки;
2) рН 3,97 - 0,05 м. раствор бифталата калия КНС8Н4O4. Приготовление: 10,21 г соли растворяют в 1 л дистиллированной воды;
3) рН 6,81 - смесь 1/30 м. растворов однозамещенного фосфата калия КН2РO4 и двухзамещенного фосфата натрия Na2HPO4 • 2Н2O. Приготовление: 4,54 г КН2РO4 и 5,94 г Na2HPO4 • 2Н2O растворяют в 1 л дистиллированной воды;
4) рН 9,24-0,05 м. раствор буры Na2B4O7 • 10Н2О. Приготовление: 19,1 г кристаллической буры растворяют в 1 л дистиллированной воды.
5) Этими четырьмя буферными смесями можно вполне ограничиться, например, при калибровке стеклянных электродов, при контроле измерений рН хингидронным электродом. Но в некоторых случаях, например при колориметрических измерениях рН, желательно иметь набор буферных смесей с более мелкими интервалами значений рН, по 0,2-0,3 рН. В табл. 7-15 приведено описание ряда буферных смесей для разных значений рН в пределах от 2 до 12 единиц рН. Выбор из указанных в таблицах буферных смесей, наиболее удовлетворяющих по величине рН задачам исследования, предоставляется исследователю.

6) Расчет значений рН буферных смесей, указанных в таблицах, можно производить по приведенному выше уравнению (16):

Так как молярности применяемых для изготовления буферных смесей близки между собой, то для упрощения расчета можно принять одно и то же значение рf (растворы имеют практически близкую ионную силу): для растворов одновалентных ионов рf = 0,1, для растворов двухвалентных ионов рf = 0,2 и трехвалентных - 0,4.
Строго говоря, значение рН буферных смесей зависит от температуры. Для кислых буферных смесей изменения в зависимости от температуры незначительны и составляют сотые доли единиц рН на 25°, более значительные изменения величины рН отмечены для буферных смесей, имеющих щелочную реакцию. В табл. 16 приведены значения рН для боратных и фосфатных буферных смесей при температурах от 10 до 30°.
Как видно из табл. 16, изменения значений рН с изменением температуры для фосфатной смеси (и для более кислых смесей) в интервале температур от 10 до 28° не имеют практического значения, и приведенными в табл. 7-11 величинами рН можно пользоваться в указанном интервале температур без всяких поправок на температуру. При пользовании же боратными и другими щелочными смесями следует учитывать температурные изменения в величине рН в пределах, указанных в табл. 16.

При приготовлении буферных смесей особое внимание следует обратить на чистоту применяемых реактивов и на содержание в них кристаллизационной воды. Если буферные смеси приготовляются без очистки реактивов и без строгого учета кристаллизационной воды, то значение их рН после приготовления следует установить и проверить с водородным электродом.
Реактивы для буферных растворов. 1. Хлористый калий. Продажную химически чистую соль дважды перекристаллизовывают и сушат до постоянного веса при температуре 110-120°. Для получения 0,2 м. раствора 14,91 г соли разводят в 1 л воды.
2. Бифталат калия. Продажную соль дважды перекристаллизовывают при температуре не ниже 20° и полученные кристаллы сушат при 110-115° до постоянного веса. Для приготовления 0,1 м. раствора 20,42 г соли растворяют в 1 л воды.
3. Однозамещенный фосфат калия. Соль не содержит кристаллизационной воды. Продажную химически чистую соль дважды перекристаллизовывают и сушат при 110-115° до постоянного веса. Соль должна давать прозрачный раствор, свободный от хлоридов и сульфатов; при прокаливании потеря веса должна составить 13,2+0,1%. Для получения 1/15 м. раствора 9,08 г соли растворяют в 1 л воды.
4. Двузамещенный фосфат натрия, с двумя молекулами воды - Na2HPO4 • 2Н2O приготовляется из продажной соли, которая содержит около 12 молекул воды, - Na2HPO4 • 12Н2O. Продажную соль дважды перекристаллизовывают и сушат около 2 недель между листами фильтровальной бумаги. Соль должна давать прозрачные растворы и не содержать хлоридов и сульфатов. При прокаливании соль с двумя молекулами воды должна терять в весе 25,3 + 0,1%. Для приготовления 1/15 м. раствора 11,88 г соли (с двумя молекулами воды) растворяют в 1 л воды, а для получения 0,05 м. раствора - 8,91 г в 1 л воды.
Если потеря при прокаливании приготовленной, согласно указанному выше, соли составит больше или меньше 25,3 + 0,1%, то навеску соли надо увеличить или уменьшить пропорционально весу прокаленных остатков. Например, прокаленный остаток соли, приготовленной кристаллизацией и сушкой, составил 80,2%, так как прокаленный остаток фосфата натрия с двумя молекулами воды должен составлять 74,7% (100-25,3), то для приготовления 1/15 м. раствора надо взять навеску соли уже 74,7 не 11,88 г, а 11,88 •74,7/80,2 = 11,06 г; для приготовления 0,05 м. раствора навеска 74,7
должна быть 8,91 • 74,7/80,2 = 8,22 г.
5. Борная кислота. Продажную соль дважды перекристаллизовывают из кипящей воды (3,5 части воды на 1 часть борной кислоты) и высушивают между листами фильтровальной бумаги при комнатной температуре или в сушильном шкафу при температуре не выше 70°.
6. Бура. 140-150 г продажной кристаллической буры растворяют в 300 мл воды при нагревании (температура не выше 60°). Полученный раствор быстро фильтруют в фарфоровую чашечку, охлаждаемую льдом. Непрерывно помешивая стеклянной палочкой фильтрат, получают соль в виде тонкой кристаллической муки. Кристаллы отсасывают, промывают небольшим количеством холодной воды. Перекристаллизацию повторяют и кристаллы высушивают на воздухе в течение 2-3 дней. Полученная соль отвечает формуле Na2B4O7 • 10Н2О. Для приготовления 0,05 м. раствора 19,11 г буры (с 10 молекулами воды) растворяют в 1 л воды.
Зеренсен рекомендует следующий способ приготовления растворов буры: 12, 40 г перекристаллизованной борной кислоты растворяют в 100 мл 1,0 н. раствора едкого натра и дополняют водой до 1 л.
7. Углекислый натрий. Двууглекислый пли щавелевокислый натрий нагревают в тигле в течение получаса при 360°. Для получения 0,1 м. раствора 10,6 г безводной соли, приготовленной, как указано выше, растворяют в 1 л воды.
Электролитические ключи изготовляют из изогнутой U-образно стеклянной трубки диаметром 3-5 мм; трубку заполняют гелем агар-агара, содержащим хлористый калий. Гель агар-агара приготовляют при продолжительном нагревании на водяной бане 3 г агар-агара, 10 г хлористого калия и 100 мл воды. При помощи пипетки с оттянутым кончиком наливают или при помощи резиновой трубочки, надетой на один конец ключа, засасывают горячий раствор агар-агара до полного заполнения всей трубки ключа. Для лучшего удержания агар-агара в ключе концы его сужают, как показано на рис. 5. Выбор хлористого калия в качестве добавки к агар-агару определяется тем, что подвижность ионов калия и хлора почти одинакова, благодаря чему диффузионный потенциал, возникающий на границе агар-агара и раствора хлористого калия, настолько мал, что им можно пренебречь.