Sådan beregnes buffere

I kemi er en "buffer" en løsning, du tilføjer til en anden løsning for at balancere dens pH, dens relative surhed eller dens alkalitet. Du fremstiller en buffer med henholdsvis en "svag" syre eller base og dens "konjugerede" base eller syre. For at bestemme en buffers pH - eller ekstrapolere fra dens pH koncentrationen af ​​en hvilken som helst af dens komponenter - kan du lave en række beregninger baseret på Henderson-Hasselbalch-ligningen, som også kaldes "buffer-ligningen".

Brug buffer-ligningen til at bestemme pH for en sur bufferopløsning, givet visse syre-base koncentrationer. Henderson-Hasselbalch-ligningen er som følger: pH = pKa + log ([A -] /[HA]), hvor "pKa" er dissociationskonstanten, et tal unikt for hver syre, "[A-]" repræsenterer koncentrationen af konjugatbase i mol pr. liter (M) og "[HA]" repræsenterer koncentrationen af ​​selve syren. For eksempel overveje en buffer, der kombinerer 2,3 M kulsyre (H2CO3) med .78 M hydrogencarbonat ion (HCO3-). Konsulter en pKa tabel for at se, at kulsyre har en pKa på 6,37. Plugging disse værdier i ligningen ser du, at pH = 6,37 + log (.78 /2.3) = 6,37 + log (.339) = 6,37 + (-0,470) = 5,9.

Beregn pH af en alkalisk (eller basisk) bufferopløsning. Du kan omskrive Henderson-Hasselbalch-ligningen for baser: pOH = pKb + log ([B +] /[BOH]), hvor "pKb" er basens dissociationskonstant, "[B +]" står for koncentrationen af ​​en bases konjugerede syre og "[BOH]" er koncentrationen af ​​basen. Overvej en buffer, der kombinerer 4,0 M ammoniak (NH3) med 1,3 M ammonium ion (NH4 +). Se en pKb tabel for at finde ammoniakens pKb, 4,75. Ved hjælp af buffer-ligningen bestemmes det, at pOH = 4,75 + log (1,3 /4,0) = 4,75 + log (.325) = 4,75 + (-,488) = 4,6. Husk at pOH = 14 - pH, så pH = 14 -POH = 14 - 4.6 = 9.4.

Bestem koncentrationen af ​​en svag syre (eller dens konjugatbase), givet dens pH, pKa og koncentrationen af den svage syre (eller dens konjugerede base). Husk at du kan omskrive en "kvotient" af logaritmer - dvs. log (x /y) - som log x - log y, skriv om Henderson Hasselbalch ligningen som pH = pKa + log [A-] - log [HA]. Hvis du har en kulsyrebuffer med en pH på 6,2, som du ved, er lavet med 1,37 M hydrogencarbonat, skal du beregne [HA] som følger: 6.2 = 6.37 + log (1.37) - log [HA] = 6,37 + .137 - log [HA]. Med andre ord log [HA] = 6,37 - 6,2 + .137 = .307. Beregn [HA] ved at tage den "inverse log" (10 ^ x på din regnemaskine) på .307. Koncentrationen af ​​kulsyre er således 2,03 M.

Beregn koncentrationen af ​​en svag base (eller dens konjugerede syre), givet dens pH, pKb og koncentrationen af ​​den svage syre (eller dens konjugatbase). Bestem koncentrationen af ​​ammoniak i en ammoniakbuffer med en pH på 10,1 og en ammoniumionkoncentration på .98 M, idet man husker, at Henderson Hasselbalch ligningen også virker som baser - så længe du bruger pOH i stedet for pH. Konverter din pH til pOH som følger: pOH = 14 - pH = 14 - 10,1 = 3,9. Derefter skal du indstille dine værdier til den alkaliske buffer-ligning "pOH = pKb + log [B +] - log [BOH]" som følger: 3.9 = 4,75 + log [.98] - log [BOH] = 4,75 + (-0,009) - log [BOH]. Da log [BOH] = 4,75 - 3,9 - .009 = .841 er koncentrationen af ​​ammoniak den inverse log (10 ^ x) eller .841 eller 6,93 M.

Tip

Du kan se to værdier for kulsyre, når du hører din pKa-tabel. Dette skyldes, at H2CO3 har to hydrogener - og derfor to "protoner" - og kan dissociere to gange i overensstemmelse med ligningerne H2CO3 + H2O -> HCO3 - + H3O + og HCO3 - + H20 -> CO3 (2-) + H3O. Med henblik på beregningen skal du kun overveje den første værdi.