Calcolo del pH di una soluzione tampone

Il calcolo di pH è una risorsa importante che lo studente ha per determinare il carattere. acido, basico o neutro di una soluzione. In questo testo proporremo suggerimenti per il calcolo del pH di una soluzione tampone in modo semplice.

È interessante notare che a soluzione tampone può essere formato dalle seguenti miscele:

Miscela di un sale a base debole, che deve avere lo stesso catione del sale. È un buffer di base;
Mescolando un sale con un acido debole, che deve avere lo stesso anione del sale. È un tampone acido.

Andiamo ai consigli?!

1° Consiglio: Formule in base al tipo di soluzione tampone

Quando hai una soluzione tampone acida, usa:

pH = pKa + log [sale]
[acido]

Quando hai una soluzione tampone di base, usa:

pOH = pKb + log [sale]
[base]

Quando si dispone di una soluzione tampone di base e di un Kw (Costante di ionizzazione dell'acqua) diverso, utilizzare:

pH = pKb - pKb - log [sale]
[base]

2° Consiglio: Quando l'esercizio prevede la concentrazione dei partecipanti e costante di ionizzazione...

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Avremo la concentrazione dell'acido o della base che forma la soluzione;
Avremo la concentrazione di sale che forma la soluzione;
Avremo la costante di ionizzazione (Ka o Kb) dell'acido o della base che forma la soluzione.

Esempio: (UNIFOR-CE-adattato) Una miscela di acido lattico (CH₃CH(OH)COOH) e lattato di sodio (CH₃CH(OH)COONa) in soluzione acquosa funziona come una soluzione tampone, cioè praticamente non cambia il suo pH con l'aggiunta di H⁺ o oh^-. Una soluzione contenente 0,12 mol/L di acido lattico e 0,12 mol/L di lattato di sodio ha un pH che può essere calcolato dall'equazione:

pH = pKa + log [sale]
[acido]

Ka = 1.0x10^-4= costante di ionizzazione acida. Trascurando la quantità di acido che subisce la ionizzazione, determinare il valore del pH della soluzione.

Risoluzione:

In questo esempio, abbiamo una soluzione tampone composta da sale e acido. I dati forniti sono:

[sale] = 0,12 mol/L
[acido] = 0,12 mol/L
Ka = 1.10^-4

NOTA: l'esercizio dava il Ka, ma nella formula usiamo il pKa, che è semplicemente – logKa.

Poiché è un tampone acido, usa semplicemente l'espressione:

pH = pKa + log [sale]
[acido]

pH = - log 1,10^-4 + log 0,12
0,12

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

pH = 4.log 10 + log 1

pH = 4,1 + 0

pH = 4

3° Consiglio: quando l'esercizio richiede di modificare il pH di una soluzione tampone che ha ricevuto una quantità di acido o base forte...

L'esercizio fornirà la concentrazione di acido o base che lo forma;
Avremo la concentrazione di sale che forma la soluzione;
Avremo la costante di ionizzazione (Ka o Kb) dell'acido o della base che forma la soluzione;
L'esercizio fornirà il valore del pH del tampone dopo aver aggiunto l'acido o la base forte;
È necessario trovare il valore del pH del tampone prima di aggiungere l'acido o la base forte;
Quindi dobbiamo sottrarre il pH dopo l'aggiunta dal pH prima dell'aggiunta.

Esempio: (Unimontes-MG) Un litro di soluzione tampone contiene 0,2 mol/L di acetato di sodio e 0,2 mol/L di acido acetico. Aggiungendo idrossido di sodio, il pH della soluzione è cambiato a 4,94. Considerando che il pKa dell'acido acetico è 4,76 a 25°C, qual è la variazione di pH della soluzione tampone?

Risoluzione: In questo esempio abbiamo una soluzione tampone formata da sale e acido. I dati forniti sono:

pH dopo l'aggiunta di una base forte = 4,94
[sale] = 0,2 mol/L
[acido] = 0,2 mol/L
pKa = 4,76

Inizialmente dobbiamo calcolare il pH del tampone prima di aggiungere la base forte. Per questo, dobbiamo usare l'espressione per tampone acido:

pH = pKa + log [sale]
[acido]

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

pH = 4,76 + log 1

pH = 4,76 + 0

pH = 4,76

Infine, sottraiamo il pH dopo l'aggiunta della base dal pH prima dell'aggiunta:

ΔpH = dopo - prima dell'aggiunta della base

pH = 4,94 - 4,76

pH = 0,18

4° Consiglio: Calcolare il pH di un tampone quando l'esercizio fornisce la massa di uno dei partecipanti

L'esercizio fornirà la concentrazione o la quantità di materia di acido, base o sale che lo forma;
Quando l'esercizio fornisce la quantità di materia (mol), fornirà anche il volume, perché nel calcolo del pH si usa la concentrazione (dividendo la mole per il volume);
Avremo la costante di ionizzazione (Ka o Kb) dell'acido o della base che forma la soluzione;
È necessario calcolare la massa molare e la quantità di materia del partecipante a cui è stata data la massa nell'esercizio.

Esempio: (UFES - Adattato) È stata preparata una soluzione aggiungendo 0,30 moli di acido acetico e 24,6 grammi di acetato di sodio in una quantità d'acqua sufficiente per completare 1,0 litro di soluzione. Il sistema CH₃COOH e CH₃COONa costituisce una soluzione tampone in cui questo sistema è in equilibrio. Quindi, determinare il pH della soluzione preparata. (Dati: Ka = 1,8×10^-5, registro 1,8 = 0,26)

Risoluzione:

I dati forniti dall'esercizio sono stati:

Ka = 1,8×10^-5
registro 1.8 = 0.26
Volume = 1L
Numero di moli di acido 0,30 mole
Poiché il volume è 1L, quindi [acido] = 0,30 mol/L

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Massa di sale utilizzata = 24,6 g

Primo: Dobbiamo calcolare il massa molare (M₁) di sale:

CH₃COONa

M₁ = 1.12 + 3.1+ 1.12 + 1.16 + 1.16 + 1.23

M₁ = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23

M₁ = 82 g/mol

Secondo: Ora determiniamo il numero di moli di sale dividendo la massa fornita dall'esercizio per la massa molare trovato:

n = 24,6
82

n = 0,3 moli

Terzo: Dobbiamo calcolare il concentrazione molare del sale dividendo il numero di moli per il volume fornito:

M = no
V

M = 0,3
1

M = 0,3 mol/L

Camera: Dobbiamo calcolare il pH usando l'espressione per la soluzione tampone acida:

pH = pKa + log [sale]
[acido]

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

pH = 5 - log 1.8 + log 1

pH = 5 - 0,26 + 0

pH = 4,74

5° Consiglio: Calcolare il pH di una soluzione tampone che è stata preparata mescolando un acido e una base

Avremo la concentrazione molare e il volume della soluzione acida;
Avremo la concentrazione molare e il volume della soluzione di base;
Avremo la costante di ionizzazione dell'acido o della base;
Determinare il numero di moli di acido e base utilizzate nella preparazione (moltiplicando la concentrazione molare per il volume);
Rispettare il rapporto stechiometrico, cioè per ogni H+ dell'acido si usa un OH- della base per neutralizzare;
Poiché acido e base si neutralizzano a vicenda e formano un sale, dobbiamo sapere se è rimasto un acido (tampone acido) o una base (tampone basico);
Determinare la concentrazione molare di avanzi e sale dividendo il loro numero di moli per il volume (somma dei volumi utilizzati nella preparazione).

Esempio: Le soluzioni tampone (UEL) sono soluzioni che resistono alla variazione del pH quando vengono aggiunti acidi o basi o quando avviene la diluizione. Queste soluzioni sono particolarmente importanti nei processi biochimici, poiché molti sistemi biologici dipendono dal pH. Ad esempio, viene menzionata la dipendenza del pH dalla velocità di scissione del legame ammidico dell'amminoacido tripsina da parte dell'enzima. chimotripsina, in cui un cambiamento di una unità di pH 8 (pH ottimale) a 7 si traduce in una riduzione del 50% dell'azione enzimatico. Affinché la soluzione tampone abbia un'azione tampone significativa, deve avere quantità comparabili di acido e base coniugati. In un laboratorio di Chimica è stata preparata una soluzione tampone mescolando 0,50 L di acido etanoico (CH₃COOH) 0,20 mol L-1 con 0,50 L di idrossido di sodio (NaOH) 0,10 mol L-1. (Dato: pKa dell'acido etanoico = 4,75)

Risoluzione:

I dati forniti dall'esercizio sono:

[acido] = 0,20 mol/L
Volume acido = 0,5 L
[base]= 0,10 mol/L
Volume di base = 0,5 L
pKa = 4,75

Primo: calcolo del numero di moli dell'acido (na):

na = 0,20. 0,5

na = 0,1 moli

Secondo: calcolo del numero di moli della base:

nb = 0.10. 0,5

nb = 0,05 moli

Terzo: Determina chi è rimasto nella soluzione:

L'acido etanoico ha un solo idrogeno ionizzabile e la base ha un gruppo ossidrile, quindi il rapporto tra loro è 1:1. Quindi il numero di moli di entrambi dovrebbe essere lo stesso, ma abbiamo una quantità maggiore (0,1 moli) di acido rispetto alla quantità di base (0,05 moli), lasciando 0,05 moli di acido.

Camera: Determinazione del numero di moli del sale

Poiché la quantità di sale formata è sempre correlata ai componenti di minore proporzione stechiometrica (bilanciamento), in questo esempio, la quantità di sale segue il coefficiente 1, cioè anche il suo numero di moli è 0,5 mol.

Quinto: Determinazione della concentrazione molare di acido e sale

0,5 L di acido sono stati miscelati con 0,5 L di base, ottenendo un volume di 1 L. Pertanto, la concentrazione di acido e sale è pari a 0,05 mol/L.

Sesto: determinazione del pH pH

Poiché il tampone è acido, basta usare i valori nella seguente espressione:

pH = pKa + log [sale]
[acido]

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

pH = 4,75 + log 1

pH = 4,75 + 0

pH = 4,75

Suggerimento 6: quando l'esercizio mette in dubbio il nuovo valore del pH dopo aver aggiunto una quantità di acido o base forte...

Avremo il valore della concentrazione molare dell'acido o della base che è stata aggiunta al tampone;
Dobbiamo avere la concentrazione molare del sale, acido o base che costituisce il tampone. Nel caso non ce l'abbiamo, basta calcolarlo come visto nei suggerimenti precedenti;
La concentrazione aggiunta sarà sempre sottratta dalla concentrazione acida o basica;
La concentrazione aggiunta sarà sempre aggiunta alla concentrazione di sale.

Esempio: Determinare il pH della soluzione tampone dopo aver aggiunto 0,01 mol di NaOH sapendo che in 1,0 L della soluzione preparata abbiamo 0,05 mol/L di acido acetico e 0,05 mol/L di acetato di sodio. Dati: (pKa = 4,75, log 0,0666 = 0,1765)

Risoluzione:

Dati forniti: