Beregning af bufferløsninger:En trin-for-trin guide

Af  Robert Schrader Opdateret 24. marts 2022

I kemi er en "buffer" en opløsning, du tilføjer til en anden opløsning for at afbalancere dens pH, dens relative surhedsgrad eller dens alkalinitet. Du laver en buffer ved at bruge 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 er kendt som "bufferligningen."

Trin 1

Brug bufferligningen til at bestemme pH-værdien af 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. Overvej for eksempel en buffer, der kombinerer 2,3 M kulsyre (H2CO3) med 0,78 M hydrogencarbonation (HCO3-). Se en pKa-tabel for at se, at kulsyre har en pKa på 6,37. Hvis du sætter disse værdier ind i ligningen, ser du, at pH =6,37 + log (.78/2.3) =6.37 + log (.339) =6.37 + (-0.470) =5.9.

Trin 2

Beregn pH-værdien 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 ammoniumion (NH4+). Se en pKb-tabel for at finde ammoniakens pKb, 4,75. Brug bufferligningen til at bestemme, at pOH =4,75 + log (1,3/4,0) =4,75 + log (0,325) =4,75 + (-,488) =4,6. Husk at pOH =14 – pH, så pH =14 -pOH =14 – 4,6 =9,4.

Trin 3

Bestem koncentrationen af en svag syre (eller dens konjugerede base), givet dens pH, pKa og koncentrationen af den svage syre (eller dens konjugerede base). Husk på, at du kan omskrive en "kvotient" af logaritmer – dvs. log (x/y) – som log x – log y, omskriv 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 dens [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 lommeregner) på .307. Koncentrationen af kulsyre er således 2,03 M.

Trin 4

Beregn koncentrationen af en svag base (eller dens konjugerede syre), givet dens pH, pKb og koncentrationen af den svage syre (eller dens konjugerede base). Bestem koncentrationen af ​​ammoniak i en ammoniakbuffer med en pH på 10,1 og en ammoniumionkoncentration på 0,98 M, husk på, at Henderson Hasselbalch-ligningen også fungerer for 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. Tilslut derefter dine værdier til den alkaliske bufferligning "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 omvendte log (10^x) eller .841 eller 6.93 M.

Ting påkrævet

• Videnskabelig lommeregner
• pKa-tabel

TL;DR (for lang; læste ikke)

Du kan muligvis se to værdier for kulsyre, når du konsulterer din pKa-tabel. Dette skyldes, at H2CO3 har to hydrogener – og derfor to "protoner" – og kan dissociere to gange ifølge ligningerne H2CO3 + H2O –> HCO3 – + H3O + og HCO3 – + H2O –> CO3 (2-) + H3O. I forbindelse med beregningen skal du kun overveje den første værdi.