緩沖溶液的重要作用是控制溶液的pH值。緩沖溶液在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生物學等方面應用很廣。例如,在硅半導體器件的生產(chǎn)過程中,需要用用氫氟酸腐蝕以除去硅片表面沒有用膠膜保護的那部分氧化膜SiO2,反應式為
SiO2 +6HF=H2[SiF6]+2H2O
如果單獨使用HF溶液作為腐蝕液,水合H+濃度太大,而且隨著反應的進行水合H+濃度會發(fā)生變化,即pH值不穩(wěn)定,造成腐蝕不均勻。因此需應用HF和NH4F的混合液進行腐蝕,才能達到工藝的要求。在電鍍、制革、染料等工業(yè)以及化學分析中也常用緩沖溶液來控制一定pH值。在土壤中,由于含有H2CO3-NaHCO3和NaH2PO4-Na2HPO4以及其他有機弱酸及其共軛堿所組成的復雜的緩沖系統(tǒng),使土壤維持一定的pH值,從而保證了植物的正常生長。人體的血液也依賴H2CO3-NaHCO3等所形成的緩沖系統(tǒng)以維持pH值在7.4附近。如果酸堿度突然發(fā)生改變,就會引引起“酸中毒”或“堿中毒”,當pH值的改變超過0.5時,就可能會導致生命危險。
在實際工作中經(jīng)常會遇到緩沖溶液的選擇的問題。從前面的“同離子效應與緩沖溶液的簡介”文中式(2-14)、式(2-15)可以看出:緩沖溶液的pH值取決于緩沖對或共軛酸堿對中的Kaθ(Kbθ)值以及緩沖對的兩種物質濃度的比值。緩沖對中任一種物質的濃度過小都會使溶液喪失緩沖能力。因此兩者濃度的比值最好趨近于1。所以,在選擇具有一定pH值的緩沖溶液時,應當選用Kaθ(或14-pKbθ)接近或等于該pH值的弱酸與其共軛堿(或弱堿與其共軛酸)的混合溶液。例如,如果需要pH=5左右的緩沖溶液,選用HAc-Ac-(HAc-NaAc)的混合溶液比較適宜,因為HAc的pKaθ等于4.75,與所需的pH值接近。同樣,如果需要pH=9、pH=7左右的緩沖溶液,則可以分別選用NH3-NH4+(NH3-NH4Cl)、H2PO4--HPO42-(NaH2PO4-Na2HPO4)的混合溶液。