การคำนวณของ pH เป็นแหล่งข้อมูลสำคัญที่นักเรียนจะต้องกำหนดลักษณะนิสัย กรด เบส หรือเป็นกลาง ของ สารละลาย. ในบทความนี้เราจะนำเสนอ เคล็ดลับในการคำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ ด้วยวิธีง่ายๆ
เป็นที่น่าสังเกตว่า สารละลายบัฟเฟอร์ สามารถเกิดขึ้นได้จากสารผสมต่อไปนี้:
ส่วนผสมของเกลือที่มีเบสอ่อน ซึ่งต้องมีไอออนบวกเท่ากับเกลือ มันเป็นบัฟเฟอร์พื้นฐาน
ผสมเกลือกับกรดอ่อนๆ ซึ่งต้องมีประจุลบเหมือนกันกับเกลือ เป็นบัฟเฟอร์ที่เป็นกรด
ไปเคล็ดลับกัน!
เคล็ดลับที่ 1: สูตรตามชนิดของสารละลายบัฟเฟอร์
เมื่อคุณมีสารละลายบัฟเฟอร์ที่เป็นกรด ให้ใช้:
pH = pKa + log [เกลือ]
[กรด]
เมื่อคุณมีโซลูชันบัฟเฟอร์พื้นฐาน ให้ใช้:
pOH = pKb + บันทึก [เกลือ]
[ฐาน]
เมื่อคุณมีสารละลายบัฟเฟอร์พื้นฐานและ Kw ที่แตกต่างกัน (ค่าคงที่การแตกตัวเป็นไอออนของน้ำ) ให้ใช้:
pH = pKb - pKb - บันทึก [เกลือ]
[ฐาน]
เคล็ดลับที่ 2: เมื่อการออกกำลังกายให้ความเข้มข้นของผู้เข้าร่วมและ ค่าคงที่ไอออไนซ์...
เราจะมีความเข้มข้นของกรดหรือเบสที่เป็นสารละลาย
เราจะมีความเข้มข้นของเกลือที่เป็นสารละลาย
เราจะมีค่าคงที่ไอออไนเซชัน (Ka หรือ Kb) ของกรดหรือเบสที่เป็นสารละลาย
ตัวอย่าง:
(UNIFOR-CE-Adapted) ส่วนผสมของกรดแลคติก (CH .)3CH(OH)COOH) และโซเดียมแลคเตต (CH)3CH(OH)COONa) ในสารละลายที่เป็นน้ำทำงานเป็นสารละลายบัฟเฟอร์ กล่าวคือ ในทางปฏิบัติจะไม่เปลี่ยน pH ของมันโดยการเติม H+ หรือโอ้-. สารละลายที่มีกรดแลคติก 0.12 โมล/ลิตร และโซเดียมแลคเตท 0.12 โมล/ลิตรจะมีค่า pH ที่สามารถคำนวณได้จากสมการ:pH = pKa + log [เกลือ]
[กรด]
กะ = 1.0x10-4 = ค่าคงที่ไอออไนซ์ของกรด ละเลยปริมาณของกรดที่ผ่านการไอออไนซ์ กำหนดค่า pH ของสารละลาย
ความละเอียด:
ในตัวอย่างนี้ เรามีสารละลายบัฟเฟอร์ที่ประกอบด้วยเกลือและกรด ข้อมูลที่ให้ไว้คือ:
[เกลือ] = 0.12 โมล/ลิตร
[กรด] = 0.12 โมล/ลิตร
คะ = 1.10-4
บันทึก: แบบฝึกหัดให้ค่า Ka แต่ในสูตรเราใช้ pKa ซึ่งเรียกง่ายๆ ว่า logKa
เนื่องจากเป็นบัฟเฟอร์กรด เพียงแค่ใช้นิพจน์:
pH = pKa + log [เกลือ]
[กรด]
pH = - บันทึก 1.10-4 + บันทึก 0,12
0,12
pH = - log10-4 + บันทึก 0,12
0,12
pH = 4.log 10 + log 1
pH = 4.1 + 0
pH = 4
เคล็ดลับที่ 3: เมื่อการออกกำลังกายต้องเปลี่ยน pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ที่ได้รับกรดหรือเบสแก่ในปริมาณมาก...
การออกกำลังกายจะให้ความเข้มข้นของกรดหรือเบสที่ก่อตัวขึ้น
เราจะมีความเข้มข้นของเกลือที่เป็นสารละลาย
เราจะมีค่าคงที่ไอออไนเซชัน (Ka หรือ Kb) ของกรดหรือเบสที่เป็นสารละลาย
การออกกำลังกายจะให้ค่า pH ของบัฟเฟอร์หลังจากเติมกรดหรือเบสแก่
จำเป็นต้องหาค่า pH ของบัฟเฟอร์ก่อนเติมกรดหรือเบสแก่
จากนั้นเราต้องลบค่า pH หลังจากบวกออกจากค่า pH ก่อนการบวก
ตัวอย่าง: (Unimontes-MG) สารละลายบัฟเฟอร์ 1 ลิตรประกอบด้วยโซเดียมอะซิเตท 0.2 โมล/ลิตร และกรดอะซิติก 0.2 โมล/ลิตร เมื่อเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ ค่า pH ของสารละลายจะเปลี่ยนเป็น 4.94 เมื่อพิจารณาว่า pKa ของกรดอะซิติกเท่ากับ 4.76 ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร
ความละเอียด: ในตัวอย่างนี้ เรามีสารละลายบัฟเฟอร์ที่เกิดจากเกลือและกรด ข้อมูลที่ให้ไว้คือ:
pH หลังจากเติมเบสแก่ = 4.94
[เกลือ] = 0.2 โมล/ลิตร
[กรด] = 0.2 โมล/ลิตร
pKa = 4.76
ขั้นแรกเราต้องคำนวณค่า pH ของบัฟเฟอร์ก่อนที่จะเพิ่มเบสที่แข็งแรง สำหรับสิ่งนี้ เราต้องใช้นิพจน์สำหรับบัฟเฟอร์กรด:
pH = pKa + log [เกลือ]
[กรด]
pH = 4.76 + บันทึก 0,2
0,2
pH = 4.76 + บันทึก 1
pH = 4.76 + 0
pH = 4.76
สุดท้าย เราลบ pH หลังจากเติมเบสออกจาก pH ก่อนบวก:
ΔpH = หลัง - ก่อนเติมเบส
ΔpH = 4.94 - 4.76
ΔpH = 0.18
เคล็ดลับที่ 4: การคำนวณค่า pH ของบัฟเฟอร์เมื่อการออกกำลังกายให้มวลของผู้เข้าร่วมคนหนึ่ง
การออกกำลังกายจะให้ความเข้มข้นหรือปริมาณของกรด เบส หรือเกลือที่ก่อตัวขึ้น
เมื่อการออกกำลังกายให้ปริมาณของสสาร (โมล) มันก็จะให้ปริมาตรด้วย เพราะในการคำนวณค่า pH เราใช้ความเข้มข้น (หารโมลด้วยปริมาตร)
เราจะมีค่าคงที่ไอออไนเซชัน (Ka หรือ Kb) ของกรดหรือเบสที่เป็นสารละลาย
จำเป็นต้องคำนวณมวลโมลาร์และปริมาณของผู้เข้าร่วมที่ได้รับมวลในการฝึก
ตัวอย่าง: (UFES - Adapted) เตรียมสารละลายโดยการเติมกรดอะซิติก 0.30 โมลและโซเดียมอะซิเตต 24.6 กรัมในน้ำปริมาณที่เพียงพอเพื่อให้สารละลาย 1.0 ลิตรสมบูรณ์ ระบบ CH3COOH และ CH3COONa เป็นสารละลายบัฟเฟอร์ซึ่งระบบนี้อยู่ในสภาวะสมดุล ดังนั้น ให้หาค่า pH ของสารละลายที่เตรียมไว้ (ข้อมูล: กะ = 1.8×10-5, บันทึก 1.8 = 0.26)
ความละเอียด:
ข้อมูลที่ได้จากการฝึกคือ:
กะ = 1.8×10-5
บันทึก 1.8 = 0.26
ปริมาณ = 1L
จำนวนโมลของกรด 0.30 โมล
เนื่องจากปริมาตรคือ 1 ลิตร ดังนั้น [กรด] = 0.30 โมล/ลิตร
มวลเกลือที่ใช้ = 24.6 g
ครั้งแรก: เราต้องคำนวณค่า มวลกราม (ม1) เกลือ:
CH3COON
เอ็ม1 = 1.12 + 3.1+ 1.12 + 1.16 + 1.16 + 1.23
เอ็ม1 = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23
เอ็ม1 = 82 กรัม/โมล
ประการที่สอง: ทีนี้ลองหาจำนวนโมลของเกลือโดยหารมวลที่ได้จากการออกกำลังกายด้วย มวลกราม พบ:
น = 24,6
82
n = 0.3 โมล
ที่สาม: เราต้องคำนวณค่า ความเข้มข้นของฟันกราม ของเกลือโดยการหารจำนวนโมลด้วยปริมาตรที่ให้มา:
ม = ไม่
วี
ม = 0,3
1
M = 0.3 โมล/ลิตร
ห้อง: เราต้องคำนวณค่า pH โดยใช้นิพจน์สำหรับสารละลายบัฟเฟอร์ที่เป็นกรด:
pH = pKa + log [เกลือ]
[กรด]
pH = -log 1.8.10-5 + บันทึก 0.3
0,3
pH = 5 - บันทึก 1.8 + บันทึก 1
pH = 5 - 0.26 + 0
pH = 4.74
เคล็ดลับที่ 5: การคำนวณค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ที่เตรียมโดยการผสมกรดและเบส
เราจะมีความเข้มข้นของโมลาร์และปริมาตรของสารละลายที่เป็นกรด
เราจะมีความเข้มข้นของฟันกรามและปริมาตรของสารละลายพื้นฐาน
เราจะมีค่าคงที่ไอออไนเซชันของกรดหรือเบส
กำหนดจำนวนโมลของกรดและเบสที่ใช้ในการเตรียม (การคูณความเข้มข้นของโมลาร์ด้วยปริมาตร)
คำนึงถึงอัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ นั่นคือ สำหรับแต่ละ H+ ของกรด OH- ของเบสจะใช้เพื่อทำให้เป็นกลาง
เนื่องจากกรดและเบสทำให้เป็นกลางซึ่งกันและกันและก่อตัวเป็นเกลือ เราต้องรู้ว่ายังมีกรด (บัฟเฟอร์กรด) หรือเบส (บัฟเฟอร์พื้นฐาน) เหลืออยู่หรือไม่
กำหนดความเข้มข้นของโมลของของเหลือและเกลือโดยหารจำนวนโมลของพวกมันด้วยปริมาตร (ผลรวมของปริมาตรที่ใช้ในการเตรียม)
ตัวอย่าง: (UEL) สารละลายบัฟเฟอร์เป็นสารละลายที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของ pH เมื่อเติมกรดหรือเบสหรือเมื่อเกิดการเจือจาง สารละลายเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการทางชีวเคมี เนื่องจากระบบชีวภาพจำนวนมากขึ้นกับค่า pH ตัวอย่างเช่น มีการกล่าวถึงค่า pH ขึ้นอยู่กับอัตราการแตกแยกของพันธะเอไมด์ของทริปซินของกรดอะมิโนโดยเอนไซม์ chymotrypsin ซึ่งการเปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยของ pH 8 (pH ที่เหมาะสมที่สุด) เป็น 7 ส่งผลให้การทำงานลดลง 50% เอนไซม์ เพื่อให้สารละลายบัฟเฟอร์มีผลในการบัฟเฟอร์ที่มีนัยสำคัญ จะต้องมีปริมาณกรดและเบสที่เทียบเคียงกันได้ ในห้องปฏิบัติการเคมี สารละลายบัฟเฟอร์ถูกเตรียมโดยการผสมกรดเอทาโนอิก 0.50 ลิตร (CH .)3COOH) 0.20 โมล L-1 กับ 0.50 L ของโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 0.10 โมล L-1 (กำหนด: pKa ของกรดเอทาโนอิก = 4.75)
ความละเอียด:
ข้อมูลที่จัดทำโดยการฝึกหัดคือ:
[กรด] = 0.20 โมล/ลิตร
ปริมาตรของกรด = 0.5 L
[เบส]= 0.10 โมล/ลิตร
ปริมาตรฐาน = 0.5 L
pKa = 4.75
ครั้งแรก: การคำนวณจำนวนโมลของกรด (na):
นา = 0.20 0,5
นา = 0.1 โมล
ประการที่สอง: การคำนวณจำนวนโมลของฐาน:
nb = 0.10 0,5
nb = 0.05 โมล
ที่สาม: กำหนดผู้ที่เหลืออยู่ในการแก้ปัญหา:
กรดเอทาโนอิกมีไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนได้เพียงตัวเดียว และเบสมีหมู่ไฮดรอกซิล ดังนั้นอัตราส่วนระหว่างพวกมันคือ 1:1 ดังนั้นจำนวนโมลของทั้งสองควรเท่ากัน แต่เรามีจำนวนกรดมากกว่า (0.1 โมล) มากกว่าปริมาณของเบส (0.05 โมล) เหลือ 0.05 โมลของกรด
ห้อง: การกำหนดจำนวนโมลของเกลือ
เนื่องจากปริมาณเกลือที่เกิดขึ้นนั้นสัมพันธ์กับส่วนประกอบของสัดส่วนปริมาณสัมพันธ์ที่เล็กกว่าเสมอ (สมดุล) ในตัวอย่างนี้ ปริมาณเกลือตามค่าสัมประสิทธิ์ 1 นั่นคือจำนวนโมลของมันคือ 0.5. ด้วย โมล
ที่ห้า: การหาความเข้มข้นโมลาร์ของกรดและเกลือ
กรด 0.5 ลิตรถูกผสมกับเบส 0.5 ลิตร ส่งผลให้มีปริมาตร 1 ลิตร ดังนั้น ความเข้มข้นของกรดและเกลือจึงเท่ากับ 0.05 โมล/ลิตร
ที่หก: การวัดค่า pH
เนื่องจากบัฟเฟอร์มีสภาพเป็นกรด ให้ใช้ค่าในนิพจน์ต่อไปนี้:
pH = pKa + log [เกลือ]
[กรด]
pH = 4.75 + บันทึก 0,05
0,05
pH = 4.75 + บันทึก 1
pH = 4.75 + 0
pH = 4.75
เคล็ดลับที่ 6: เมื่อการออกกำลังกายตั้งคำถามถึงค่า pH ใหม่หลังจากเติมกรดหรือเบสแก่ในปริมาณมาก...
เราจะมีค่าความเข้มข้นของโมลาร์ของกรดหรือเบสที่เติมลงในบัฟเฟอร์
เราต้องมีความเข้มข้นของโมลาร์ของเกลือ กรด หรือเบสที่ก่อตัวเป็นบัฟเฟอร์ ในกรณีที่เราไม่มีให้คำนวณตามที่เห็นในเคล็ดลับก่อนหน้านี้
ความเข้มข้นที่เพิ่มเข้าไปจะถูกลบออกจากความเข้มข้นของกรดหรือเบสเสมอ
ความเข้มข้นที่เพิ่มจะถูกเพิ่มเข้าไปในความเข้มข้นของเกลือเสมอ
ตัวอย่าง: หาค่า pH ของสารละลายบัฟเฟอร์หลังจากเติม NaOH 0.01 โมล โดยรู้ว่าในสารละลายที่เตรียมไว้ 1.0 ลิตร เรามีกรดอะซิติก 0.05 โมล/ลิตร และโซเดียม อะซิเตต 0.05 โมล/ลิตร ข้อมูล: (pKa = 4.75 บันทึก 0.0666 = 0.1765)
ความละเอียด:
ข้อมูลที่ให้:
[เกลือ] = 0.05 โมล/ลิตร
[กรด] = 0.05 โมล/ลิตร
[เบสที่เติมลงในบัฟเฟอร์] = 0.01 โมล/ลิตร
pKa = 4.75
pH = pKa – log (เกลือ - เบส)
(กรด + เบส)
pH = 4.75 - บันทึก (0,05 - 0,01)
(0,05 + 0,01)
pH = 4.75 - บันทึก 0,04
0,06
pH = 4.75 - บันทึก 0.666
pH = 4.75 + 0.1765
pH = 4.9265
By Me. Diogo Lopes Dias
ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-ph-uma-solucao-tampao.htm
