pH缓冲溶液、缓冲指数和缓冲容量

1. 缓冲作用与缓冲溶液

纯水在25℃时pH值为7.0，但只要与空气接触一段时间，因为吸收二氧化碳而使pH值降到5.5左右。1滴浓盐酸(约12.4mol·L-1)加入1升纯水中，可使[H+]增加5000倍左右(由1.0×10-7增至5×10-4mol·L-1)，若将1滴氢氧化钠溶液(12.4mol·L-1)加到1升纯水中，pH变化也有3个单位。可见纯水的pH值因加入少量的强酸或强碱而发生很大变化。然而，1滴浓盐酸加入到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(从1.00×10-7增至1.01×10-7mol·L-1)，pH值没有明显变化。这种能对抗外来少量强酸\强碱或稍加稀释不引起溶液pH值发生明显变化的作用叫做缓冲作用；具有缓冲作用的溶液，叫做缓冲溶液。

2. 缓冲溶液的组成

缓冲溶液由足够浓度的共轭酸碱对组成。其中，能对抗外来强碱的称为共轭酸，能对抗外来强酸的称为共轭碱，这一对共轭酸碱通常称为缓冲对、缓冲剂或缓冲系，常见的缓冲对主要有三种类型。

(1) 弱酸及其对应的盐　例如，HOAc-NaOAc(实际上是OAc-)；H2CO3-NaHCO3；H2C8H4O4-KHC8H4O4(邻苯二甲酸-邻苯二甲酸氢钾)；H3BO3-Na2B4O7(四硼酸钠水解后产生H2BO-3)。

(2) 多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐，例如，NaHCO3-Na2CO3；NaH2PO4-Na2HPO4；NaH2C5HO7(柠檬酸二氢钠)-Na2HC6H5O7；KHC8H4O4-K2C8H4O4。

(3) 弱碱及其对应的盐例如NH3-NH+4CL-；RNH2-RNH+3A-(伯胺及其盐)；Tris-TrisH+A-(三羟甲基烷及其盐)。

3. 缓冲容量与缓冲范围

缓冲容量

缓冲能力的强弱，可用缓冲容量β表示。缓冲容量也叫缓冲值或缓冲指数。

对任何一种缓冲溶液的每一个pH值，都有其相应的缓冲量。缓冲容量实际上是一个微分比，可定义为：使1升缓冲溶液的pH值增高很小一个数值dpH时，需加入的强碱物质的量为db，则db与dpH之比值叫缓冲容量，用数学式表示为β=db/dpH缓冲mol·L-1·pH-1。如总浓度(即共轭酸与共轭碱浓度之和)为0.100mol·L-1 pH4.45的HOAc-NaOAc缓冲溶液(即醋酸缓冲溶液)的缓冲容量为0.051(mol·L-1·pH-1)。