9.9: Буфери

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21018

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Буферні розчини, які мають величезне значення в контролі рН в різних процесах, можна зрозуміти з точки зору кислотно-лужної рівноваги. Буфер створюється у розчині, який містить як слабку кислоту, так і її кон'югатну основу. Це створює для поглинання надлишку Н ⁺ або постачання Н ⁺ для заміни того, що втрачається внаслідок нейтралізації. Розрахунок рН буфера простий за допомогою підходу до таблиці ICE.

Приклад\(\PageIndex{1}\):

Що таке рН розчину, який становить 0,150 М в КФ і 0,250 М в ВЧ?

Рішення

Реакція інтересу

\[HF \rightleftharpoons H^+ + F^-\]

Давайте скористаємося таблицею ICE!

	\(HF\)	\(H^+\)	\(F^-\)
I початковий	0.250 М	0	0,150 М
C Change	-х	+х	+х
E рівновага	0,250 М - х	х	0,150 М+ х

\[ K_a = \dfrac{[H^+][F^-]}{[HF]}\]

\[ 10^{-3.17} M = \dfrac{x(0.150 \,M + x)}{0.250 \,M - x} \]

Цей вираз призводить до квадратичного співвідношення, що призводить до двох значень,\(x\) які зроблять його правдою. Відкинувши негативний корінь, що залишився корінь рівняння вказує

\[[ H^+]= 0.00111\,M\]

Отже, рН задається

\[ pH = -log_{10} (0.00111) = 2.95\]

Для буферів, виготовлених з кислот з досить великими значеннями pK _a буферна задача може бути спрощена, оскільки концентрація кислоти та її кон'югатної основи буде визначатися їх дорівноважними значеннями. У цих випадках pH можна розрахувати за допомогою наближення Гендерсона-Хассельбальха.

Якщо розглядати вираз для\(K_a\)

\[ K_a = \dfrac{[H^+][A^-]}{[HA]} = [H^+]\dfrac{[H^-]}{[HA]}\]

Взяття колоди обох сторін і множення на -1 врожайності

\[ pK_a= pH - \log_{10} \dfrac{[A^-]}{[HA]}\]

Перестановка виробляє форму наближення Гендерсона-Хассельбальха.

\[ pH= pK_a - \log_{10} \dfrac{[A^-]}{[HA]}\]

Слід зазначити, що таке наближення не вдасться, якщо:

то\(pk_a\) занадто малий,
концентрації\([A^-]\) занадто малі, або
\([HA]\)занадто малий,

оскільки концентрація рівноваги буде дико відхилятися від дорівноважних значень в цих умовах.