Sådan beregnes pH-vandet ved anvendelse af pKa

pH og pKa er vigtige opløsningsparametre inden for mange områder af kemi, herunder beregninger, der involverer syrebasebalancier. pH er den universelle måling af surhed, defineret som den negative logaritme, til basen 10 af "hydrogenionskoncentrationen" af en opløsning og udtrykkes som: pH = -log [H3O +]. Parenteserne betegner koncentration og "+" -tegnet angiver ladningen af ​​hydrogenionen. pKa er den negative logaritme, til basen 10, af "dissociationskonstanten" af en svag syre. For eksempel er dissociationen af ​​en svag syre "HA" skrevet: Ka = [H3O +] [A-] /[HA], hvor A- er "konjugatbasen" af syren. Derfor er pKa = -log Ka. Hver svag syre har en unik pKa-værdi. Brug Henderson-Hasselbalch ligningen til at beregne pH-værdien af ​​en bufferopløsning, som er en opløsning af en svag syre og dens konjugerede base, når pKa af syren er kendt. Denne ligning er udtrykt: pH = pKa + log ([base] /[syre]).

Antag at du har en bufferopløsning, der blev fremstillet ved at tilsætte 25,0 ml af en 0,1 M natriumhydroxid (NaOH) opløsning til 75,0 ml af en 0,1 M opløsning af eddikesyre (CH3COOH), hvor "M" angiver molær koncentration. Bemærk, at eddikesyre reagerer med NaOH for at danne konjugatbase, CH3C00H-, som følger: CH3COOH + NaOH = CH3C00- + Na + H20. For at beregne pH er det nødvendigt at beregne mængderne af syre- og konjugatbase i bufferopløsningen efter reaktionen.

Beregn de indledende mol af base og syre i bufferopløsningen. For eksempel er mol NaOH = 25,0 ml x 0,1 mol /liter x 1 liter /1000 ml = 0,0025 mol; mol CH3COOH = 75,0 ml x 0,10 mol /liter x 1 liter /1000 ml = 0,0075 mol.

Bemærk at ved blanding af opløsningerne forbruger CH3COOH OH- (hydroxyl) ionerne forbundet med NaOH, således at det resterende er 0,0050 mol CH3COOH (syre), 0,0025 mol CH3COO- (base) og 0 mol OH-.

Substitutér syrens pKa (4,74 for eddikesyre) og syren og basekoncentrationer i Henderson-Hasselbalch ligningen til beregning af bufferopløsnings pH. For eksempel pH = 4,74 + log (0,0025 /0,005) = 4,74 + log 0,5 = 4,44.

Tip

I modsætning til stærke syrer ioniserer svage syrer ikke fuldstændigt i opløsningen. I stedet oprettes en ligevægt mellem unioniseret syre, hydrogenion og konjugatbase. pKa værdier er tilgængelige i kemi lærebøger, anden kemisk litteratur og fra online ressourcer. Buffere er specielt formuleret til en række industrielle og andre applikationer, hvor pH skal opretholdes inden for forudindstillede grænser.