Υπολογισμός του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος

Ο υπολογισμός του pH είναι ένας σημαντικός πόρος που ο μαθητής πρέπει να καθορίσει χαρακτήρα. όξινο, βασικό ή ουδέτερο του α λύση. Σε αυτό το κείμενο θα προτείνουμε συμβουλές για τον υπολογισμό του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος με απλό τρόπο.

Αξίζει να σημειωθεί ότι α ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να σχηματιστεί με τα ακόλουθα μείγματα:

• Μείγμα αλατιού με ασθενή βάση, το οποίο πρέπει να έχει το ίδιο κατιόν με το αλάτι. Είναι ένα βασικό buffer.

• Ανάμιξη αλατιού με ασθενές οξύ, το οποίο πρέπει να έχει το ίδιο ανιόν με το αλάτι. Είναι ένα όξινο ρυθμιστικό.

Ας πάμε στις συμβουλές ;!

1η Συμβουλή: Τύποι ανάλογα με τον τύπο της ρυθμιστικής λύσης

• Όταν έχετε ένα όξινο ρυθμιστικό διάλυμα, χρησιμοποιήστε:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

• Όταν έχετε μια βασική λύση buffer, χρησιμοποιήστε:

pOH = pKb + αρχείο καταγραφής [άλας]
[βάση]

• Όταν έχετε μια βασική ρυθμιστική λύση και ένα διαφορετικό Kw (Water Ionization Constant), χρησιμοποιήστε:

pH = pKb - pKb - αρχείο καταγραφής [άλας]
[βάση]

2η Συμβουλή: Όταν η άσκηση παρέχει τις συγκεντρώσεις των συμμετεχόντων και σταθερά ιονισμού...

• Θα έχουμε τη συγκέντρωση του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.

• Θα έχουμε τη συγκέντρωση αλατιού που σχηματίζει τη λύση.

• Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού (Ka ή Kb) του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.

Παράδειγμα: (UNIFOR-CE-Adaptted) Ένα μείγμα γαλακτικού οξέος (CH₃CH (OH) COOH) και γαλακτικό νάτριο (CH₃CH (OH) COONa) σε υδατικό διάλυμα λειτουργεί ως ρυθμιστικό διάλυμα, δηλαδή, ουσιαστικά δεν αλλάζει το pH του με την προσθήκη H⁺ ή ω^-. Ένα διάλυμα που περιέχει 0,12 mol / L γαλακτικού οξέος και 0,12 mol / L γαλακτικού νατρίου έχει ρΗ που μπορεί να υπολογιστεί με την εξίσωση:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

Ka = 1.0x10^-4 = σταθερά ιονισμού οξέος. Παραβλέποντας την ποσότητα οξέος που υφίσταται ιονισμό, προσδιορίστε την τιμή pH του διαλύματος.

Ανάλυση:

Σε αυτό το παράδειγμα, έχουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από αλάτι και οξύ. Τα δεδομένα που παρέχονται είναι:

• [αλάτι] = 0,12 mol / L

• [οξύ] = 0,12 mol / L

• Ka = 1,10^-4

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: η άσκηση έδωσε το Ka, αλλά στον τύπο χρησιμοποιούμε το pKa, το οποίο είναι απλά - logKa.

Επειδή είναι ρυθμιστικό οξέος, απλώς χρησιμοποιήστε την έκφραση:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

pH = - log 1.10^-4 + ημερολόγιο 0,12
0,12

pH = - log10^-4 + ημερολόγιο 0,12
0,12

pH = 4.log 10 + log 1

pH = 4,1 + 0

pH = 4

3η Συμβουλή: Όταν η άσκηση απαιτεί αλλαγή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος που έχει λάβει μια ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης ...

• Η άσκηση θα παρέχει τη συγκέντρωση οξέος ή βάσης που το σχηματίζει.

• Θα έχουμε τη συγκέντρωση αλατιού που σχηματίζει τη λύση.

• Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού (Ka ή Kb) του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.

• Η άσκηση θα παρέχει την τιμή pH του ρυθμιστικού μετά την προσθήκη του ισχυρού οξέος ή της βάσης.

• Είναι απαραίτητο να βρείτε την τιμή pH του ρυθμιστικού πριν προσθέσετε το οξύ ή την ισχυρή βάση.

• Τότε πρέπει να αφαιρέσουμε το pH μετά την προσθήκη από το pH πριν από την προσθήκη.

Παράδειγμα: (Unimontes-MG) Ένα λίτρο ρυθμιστικού διαλύματος περιέχει 0,2 mol / L οξικού νατρίου και 0,2 mol / L οξικού οξέος. Προσθέτοντας υδροξείδιο του νατρίου, το ρΗ του διαλύματος άλλαξε σε 4,94. Λαμβάνοντας υπόψη ότι το pKa του οξικού οξέος είναι 4,76 στους 25 ° C, ποια είναι η αλλαγή στο pH του ρυθμιστικού διαλύματος;

Ανάλυση: Σε αυτό το παράδειγμα έχουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα που σχηματίζεται από αλάτι και οξύ. Τα δεδομένα που παρέχονται είναι:

• pH μετά την προσθήκη ισχυρής βάσης = 4,94

• [αλάτι] = 0,2 mol / L

• [οξύ] = 0,2 mol / L

• pKa = 4,76

Αρχικά πρέπει να υπολογίσουμε το pH του ρυθμιστικού πριν προσθέσουμε την ισχυρή βάση. Για αυτό, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την έκφραση για ρυθμιστικό οξέος:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

pH = 4,76 + log 0,2
0,2

pH = 4,76 + log 1

pH = 4,76 + 0

pH = 4,76

Τέλος, αφαιρούμε το pH μετά την προσθήκη βάσης από το pH πριν από την προσθήκη:

ΔpH = μετά - πριν από την προσθήκη βάσης

ΔpH = 4,94 - 4,76

ΔpH = 0,18

4η Συμβουλή: Υπολογισμός του pH ενός buffer όταν η άσκηση παρέχει τη μάζα ενός από τους συμμετέχοντες

• Η άσκηση θα παρέχει τη συγκέντρωση ή την ποσότητα της ύλης του οξέος, της βάσης ή του άλατος που την σχηματίζει.

• Όταν η άσκηση παρέχει την ποσότητα της ύλης (mol), θα παρέχει επίσης τον όγκο, επειδή στον υπολογισμό του pH χρησιμοποιούμε συγκέντρωση (διαιρώντας το mol με τον όγκο).

• Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού (Ka ή Kb) του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το διάλυμα.

• Είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η γραμμομοριακή μάζα και το ποσό της ύλης του συμμετέχοντος στην οποία δόθηκε μάζα στην άσκηση.

Παράδειγμα: (UFES - Προσαρμοσμένο) Ένα διάλυμα παρασκευάστηκε με προσθήκη 0,30 mol οξικού οξέος και 24,6 g οξικού νατρίου σε επαρκή ποσότητα νερού για να συμπληρωθεί 1,0 λίτρο διαλύματος. Το σύστημα CH₃COOH και CH₃Το COONa αποτελεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα στο οποίο αυτό το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία. Έτσι, προσδιορίστε το ρΗ του παρασκευασμένου διαλύματος. (Δεδομένα: Ka = 1,8 × 10^-5, log 1.8 = 0.26)

Ανάλυση:

Τα στοιχεία που παρείχε η άσκηση ήταν:

• Ka = 1,8 × 10^-5

• log 1,8 = 0,26

• Όγκος = 1L

• Αριθμός γραμμομορίων οξέος 0,30 γραμμομόρια

• Καθώς ο όγκος είναι 1L, έτσι [οξύ] = 0,30 mol / L

• Χρησιμοποιούμενη μάζα αλατιού = 24,6 g

Πρώτα: Πρέπει να υπολογίσουμε το μοριακή μάζα (Μ₁) αλάτι:

Χ.Χ.₃ΚΟΝΑ

Μ₁ = 1.12 + 3.1+ 1.12 + 1.16 + 1.16 + 1.23

Μ₁ = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23

Μ₁ = 82 g / mol

Δεύτερος: Τώρα ας προσδιορίσουμε τον αριθμό γραμμομορίων αλατιού διαιρώντας τη μάζα που παρέχεται από την άσκηση με το μοριακή μάζα βρέθηκαν:

η = 24,6
82

η = 0,3 mol

Τρίτος: Πρέπει να υπολογίσουμε το μοριακή συγκέντρωση του άλατος διαιρώντας τον αριθμό γραμμομορίων με τον όγκο που παρέχεται:

Μ = όχι
Β

Μ = 0,3
1

Μ = 0,3 mol / L

Δωμάτιο: Πρέπει να υπολογίσουμε το pH χρησιμοποιώντας την έκφραση για όξινο ρυθμιστικό διάλυμα:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

pH = -log 1.8.10^-5 + καταγραφή 0.3
0,3

pH = 5 - log 1,8 + log 1

pH = 5 - 0,26 + 0

pH = 4,74

5η Συμβουλή: Υπολογισμός του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος που παρασκευάστηκε με ανάμιξη ενός οξέος και μιας βάσης

• Θα έχουμε τη μοριακή συγκέντρωση και τον όγκο του όξινου διαλύματος.

• Θα έχουμε τη μοριακή συγκέντρωση και τον όγκο του βασικού διαλύματος.

• Θα έχουμε τη σταθερά ιονισμού του οξέος ή της βάσης.

• Προσδιορίστε τον αριθμό γραμμομορίων οξέος και βάσης που χρησιμοποιούνται στο παρασκεύασμα (πολλαπλασιάζοντας τη μοριακή συγκέντρωση με τον όγκο).

• Σεβαστείτε τη στοιχειομετρική αναλογία, δηλαδή, για κάθε Η + του οξέος, χρησιμοποιείται ένα ΟΗ- της βάσης για εξουδετέρωση.

• Καθώς το οξύ και η βάση εξουδετερώνουν και σχηματίζουν ένα αλάτι, πρέπει να γνωρίζουμε εάν έχει απομείνει οξύ (ρυθμιστικό οξέος) ή βάση (βασικό ρυθμιστικό).

• Προσδιορίστε τη μοριακή συγκέντρωση του υπολείμματος και του αλατιού διαιρώντας τους αριθμούς γραμμομορίων τους με τον όγκο (άθροισμα των όγκων που χρησιμοποιήθηκαν στο παρασκεύασμα).

Παράδειγμα: (UEL) Τα ρυθμιστικά διαλύματα είναι διαλύματα που αντιστέκονται στη μεταβολή του pH όταν προστίθενται οξέα ή βάσεις ή όταν συμβαίνει αραίωση. Αυτές οι λύσεις είναι ιδιαίτερα σημαντικές σε βιοχημικές διεργασίες, καθώς πολλά βιολογικά συστήματα εξαρτώνται από το ρΗ. Για παράδειγμα, αναφέρεται η εξάρτηση του ρΗ από τον ρυθμό διάσπασης του αμιδικού δεσμού της αμινοξέος τρυψίνης από το ένζυμο. χυμοτρυψίνη, στην οποία μια αλλαγή σε μία μονάδα του pH 8 (βέλτιστο pH) σε 7 οδηγεί σε μείωση της δράσης κατά 50% ενζυματική. Για το ρυθμιστικό διάλυμα να έχει σημαντική ρυθμιστική δράση, πρέπει να έχει συγκρίσιμες ποσότητες συζευγμένου οξέος και βάσης. Σε εργαστήριο Χημείας, παρασκευάστηκε ένα ρυθμιστικό διάλυμα με ανάμιξη 0,50 L αιθανοϊκού οξέος (CH₃COOH) 0,20 mol L-1 με 0,50 L υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) 0,10 mol L-1. (Δεδομένου: pKa αιθανοϊκού οξέος = 4,75)

Ανάλυση:

Τα δεδομένα που παρέχονται από την άσκηση είναι:

• [οξύ] = 0,20 mol / L

• Όγκος οξέος = 0,5 L

• [βάση] = 0,10 mol / L

• Βασικός όγκος = 0,5 L

• pKa = 4,75

Πρώτα: υπολογισμός του αριθμού γραμμομορίων του οξέος (na):

na = 0,20. 0,5

na = 0,1 mol

Δεύτερος: υπολογισμός του αριθμού των γραμμομορίων της βάσης:

nb = 0,10. 0,5

nb = 0,05 mol

Τρίτος: Προσδιορίστε ποιος μένει στη λύση:

Το αιθανοϊκό οξύ έχει μόνο ένα ιονισμένο υδρογόνο και η βάση έχει υδροξυλομάδα, οπότε η αναλογία μεταξύ τους είναι 1: 1. Έτσι, ο αριθμός των γραμμομορίων και των δύο θα πρέπει να είναι ο ίδιος, αλλά έχουμε μεγαλύτερη ποσότητα (0,1 mole) οξέος από την ποσότητα της βάσης (0,05 mole), αφήνοντας 0,05 mole οξέος.

Δωμάτιο: Προσδιορισμός του αριθμού των γραμμομορίων αλατιού

Καθώς η ποσότητα του αλατιού που σχηματίζεται σχετίζεται πάντα με τα συστατικά μικρότερης στοιχειομετρικής αναλογίας (εξισορρόπηση), σε αυτό το παράδειγμα, η ποσότητα αλατιού ακολουθεί τον συντελεστή 1, δηλαδή, ο αριθμός γραμμομορίων του είναι επίσης 0,5 mol.

Πέμπτος: Προσδιορισμός της μοριακής συγκέντρωσης οξέος και άλατος

0,5 λίτρα οξέος αναμίχθηκαν με 0,5 λίτρα βάσης, με αποτέλεσμα όγκο 1 Λ. Έτσι, η συγκέντρωση οξέος και άλατος είναι ίση με 0,05 mol / L.

Εκτος: προσδιορισμός του pH

Καθώς το buffer είναι όξινο, απλώς χρησιμοποιήστε τις τιμές στην ακόλουθη έκφραση:

pH = pKa + log [άλας]
[οξύ]

pH = 4,75 + log 0,05
0,05

pH = 4,75 + log 1

pH = 4,75 + 0

pH = 4,75

Συμβουλή 6: Όταν η άσκηση αμφισβητεί τη νέα τιμή pH μετά την προσθήκη μιας ποσότητας ισχυρού οξέος ή βάσης ...

• Θα έχουμε την τιμή της γραμμομοριακής συγκέντρωσης του οξέος ή της βάσης που προστέθηκε στο ρυθμιστικό.

• Πρέπει να έχουμε τη μοριακή συγκέντρωση του άλατος, του οξέος ή της βάσης που σχηματίζει το ρυθμιστικό. Σε περίπτωση που δεν το έχουμε, απλώς υπολογίστε το όπως φαίνεται στις προηγούμενες συμβουλές.

• Η προστιθέμενη συγκέντρωση θα αφαιρείται πάντα από τη συγκέντρωση οξέος ή βάσης.

• Η προστιθέμενη συγκέντρωση θα προστίθεται πάντα στη συγκέντρωση άλατος.

Παράδειγμα: Προσδιορίστε το ρΗ του ρυθμιστικού διαλύματος μετά την προσθήκη 0,01 mol ΝαΟΗ γνωρίζοντας ότι, σε 1,0 L του παρασκευασμένου διαλύματος, έχουμε 0,05 mol / L οξικού οξέος και 0,05 mol / L οξικού νατρίου. Δεδομένα: (pKa = 4,75, log 0,0666 = 0,1765)

Ανάλυση:

Παρεχόμενα δεδομένα:

• [αλάτι] = 0,05 mol / L

• [οξύ] = 0,05 mol / L

• [προστέθηκε βάση στο ρυθμιστικό] = 0,01 mol / L

• pKa = 4,75

pH = pKa - αρχείο καταγραφής (αλάτι - βάση)
(οξύ + βάση)

pH = 4,75 - log (0,05 - 0,01)
(0,05 + 0,01)

pH = 4,75 - log 0,04
0,06

pH = 4,75 - log 0,666

pH = 4,75 + 0,1765

pH = 4,9265

Από μένα. Diogo Lopes Dias

Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-ph-uma-solucao-tampao.htm