8_Roztwory_buforowe.pdf
(
102 KB
)
Pobierz
8
8.
ROZTWORY BUFOROWE
Iwona
ś
ak, Paweł Niemiec
Roztwory buforowe posiadaj
ą
zdolno
ść
buforowania, tzn. przeciwstawiania
si
ę
znacznym zmianom pH po dodaniu do nich niewielkich ilo
ś
ci mocnego kwasu
lub mocnej zasady.
Buforami s
ą
mieszaniny roztworów słabego kwasu i jego soli z mocn
ą
zasa-
d
ą
(np. CH
3
COOH i CH
3
COONa) lub słabej zasady i jej soli z mocnym kwasem
(np. NH
3
H
2
O i NH
4
Cl). Według teorii protonowej roztwory buforowe s
ą
układami
zawieraj
ą
cymi sprz
ęŜ
on
ą
par
ę
kwas-zasada. Przykładowo, w buforze octanowym
kwasem jest kwas octowy, zasad
ą
jony octanowe, natomiast w buforze amonowym
zasad
ą
jest amoniak a kwasem jony amoniowe. W buforze b
ę
d
ą
cym mieszanin
ą
słabego kwasu i jego soli
z mocn
ą
zasad
ą
kwas jest słabo zdysocjowany:
HA + H
2
O
→
H
3
O
+
+ A
-
jego stała protolizy wyra
Ŝ
a si
ę
wzorem:
[
H
O
+
][
A
-
]
K
=
3
k
[
HA
]
Sól natomiast jest dobrze zdysocjowana, dlatego st
ęŜ
enie anionu [A
-
] równa
si
ę
całkowitemu st
ęŜ
eniu soli C
s
. St
ęŜ
enie niezdysocjowanego kwasu [HA] równa
si
ę
praktycznie całkowitemu st
ęŜ
eniu kwasu C
k
, u
Ŝ
ytego do sporz
ą
dzenia buforu.
St
ęŜ
enie jonów wodorowych buforu zło
Ŝ
onego ze słabego kwasu i jego soli wyra
Ŝ
a
si
ę
równaniem:
[
H
O
+
]
=
K
×
[
HA
]
=
K
×
C
k
,
3
k
[
A
-
]
k
C
s
po zlogarytmowaniu otrzymuje si
ę
równanie Hendersona
-
Hasselbalcha:
pH pK
=
-
lg
C
C
k
=
pK Ig
+
C
C
s
k
k
s
k
106
Wzór na pH buforu, b
ę
d
ą
cego mieszanin
ą
słabej zasady i jej soli z mocnym
kwasem,
mo
Ŝ
na wyprowadzi
ć
analogicznie:
B + H
2
O
®
BH
+
+ OH
-
Stała dysocjacji słabej zasady B wynosi:
[
BH
+
][
OH
-
]
K
×
[
B
K
z
=
[
OH
-
]
=
z
[
B
[
BH
+
]
[
OH
-
]
=
K
w
, co po podstawieniu daje
K
w
=
K
×
[
B
[
H
O
+
]
[
H
O
+
]
z
[
BH
]
+
3
3
st
ą
d:
K
×
[
BH
+
]
K
×
C
[
H
O
+
]
=
w
=
w
s
3
K
×
[
B
K
×
C
z
z
z
Podobnie jak w poprzednim przypadku, sól jest dobrze zdysocjowana i st
ę
-
Ŝ
enie [BH
+
] równa si
ę
całkowitemu st
ęŜ
eniu soli C
s
, natomiast [B] odpowiada st
ę
-
Ŝ
eniu słabej zasady C
z
, u
Ŝ
ytej do sporz
ą
dzenia buforu.
Po zlogarytmowaniu powy
Ŝ
szego wzoru otrzymuje si
ę
:
pH
=
pK
-
pK
-
lg
C
s
lub:
w
z
C
z
pH
= -
14
pK
z
-
lg
C
C
s
= -
pK Ig
C
C
z
+
z
z
s
Ka
Ŝ
dy roztwór buforowy charakteryzuje si
ę
okre
ś
lonym zakresem pH.
W przypadku buforu octanowego (według Walpoe’a) zakres ten wynosi 3,48–6,04,
a w przypadku buforu amoniakalnego 7,96–10,52. Z podanych wcze
ś
niej wzorów
wynika,
Ŝ
e pH roztworu buforowego zale
Ŝ
y od pK kwasu (lub zasady) oraz od
stosunku st
ęŜ
e
ń
soli do kwasu lub zasady. Dowodz
ą
tego nast
ę
puj
ą
ce przykłady:
PRZYKŁAD 1.
Jakie b
ę
dzie pH roztworu buforowego otrzymanego ze zmieszania 80 ml kwasu
octowego o st
ęŜ
eniu 0,2 mol/l i 20 ml octanu sodu o st
ęŜ
eniu 0,2 mol/l.
107
14
Rozwi
ą
zanie:
Nale
Ŝ
y obliczy
ć
st
ęŜ
enie molowe kwasu i soli w roztworze buforowym:
[
3
COOH
]
=
0
2
mol
/
l
×
80
ml
=
0
16
mol
/
l
80
ml
+
20
ml
[
3
CH
COONa
]
=
0
2
mol
/
l
×
20
ml
=
0
04
mol
/
l
80
ml
+
20
ml
lub mo
Ŝ
na obliczy
ć
liczb
ę
moli kwasu i soli wprowadzon
ą
do roztworu:
liczba moli = C
mol/l
V
l
CH
3
COOH = 0,2 mol/l
0,08 l = 0,016 mol
CH
3
COONa = 0,2 mol/l
0,02 l = 0,004 mol
Do obliczania pH roztworu mo
Ŝ
na wykorzysta
ć
zarówno st
ęŜ
enie molowe
składników, jak i liczb
ę
ich moli, poniewa
Ŝ
w obu przypadkach stosunek ich st
ęŜ
e
ń
pozostaje ten sam, czyli:
0,16 mol/l/0,04 mol/l = 4, lub
0,016 mol / 0,004 mol = 4
K
=
1
86
×
10
-
5
CH
3
COOH
pK = -lgK = -lg 1,86
×
10
-5
= - [0,27 + (-5)] = - [0,27 – 5] = - (- 4,73) = 4,73
pH pK
=
+
lg
C
C
s
=
4 73
+
lg ( ,
0 04
mol l
/ / ,
0 16
mol l
/ )
=
k
k
=
4 73
-
lg ( ,
0 16
mol l
/ / ,
0 04
mol l
/ ) ,
=
4 73
-
lg
4 4 73 0 6 4 13
=
,
-
,
=
,
Odp
. Gdy stosunek soli do kwasu wynosi 1:4, warto
ść
pH buforu octanowego rów-
na si
ę
4,13.
PRZYKŁAD 2.
Jakie b
ę
dzie pH roztworu buforowego otrzymanego ze zmieszania 50 ml kwasu
octowego o st
ęŜ
eniu 0,2 mol/l z 50 ml octanu sodu o st
ęŜ
eniu 0,2 mol/l.
108
CH
,
,
Rozwi
ą
zanie:
[
3
CH
COOH
]
=
0
2
mol
/
l
×
50
ml
=
0
mol/l
50
ml
+
50
ml
[
3
CH
COONa
]
=
0
2
mol
/
l
×
50
ml
=
0
mol
/
l
50
ml
+
50
ml
K
=
1
86
×
10
-
5
to
pK
COOH
=
-
lg
K
=
4
73
CH
3
COOH
CH
3
pH
=
pK
+
lg
C
s
=
4
73
+
lg
1
=
4
73
k
C
k
Odp
. Gdy stosunek soli do kwasu wynosi 1:1, warto
ść
pH równa si
ę
warto
ś
ci pK
k
,
czyli 4,73.
PRZYKŁAD 3.
Jakie b
ę
dzie pH roztworu buforowego otrzymanego ze zmieszania 20 ml kwasu
octowego o st
ęŜ
eniu 0,2 mol/l z 80 ml octanu sodu o st
ęŜ
eniu 0,2 mol/l.
Rozwi
ą
zanie:
[
3
COOH
]
=
0
2
mol
/
l
×
20
ml
=
0
04
mol
/
l
20
ml
+
80
ml
[
3
COONa
]
=
0
2
mol
/
l
×
80
ml
=
0
16
mol
/
l
80
ml
+
20
ml
pH
=
pK
+
lg
C
s
=
4
73
+
lg(
0
16
/
0
04
)
=
4
73
+
0
=
5
33
k
C
k
Odp.
Gdy stosunek soli do kwasu wynosi 4:1, warto
ść
pH buforu octanowego
równa si
ę
5,33.
109
CH
CH
⇒
Siła jonowa
roztworu ma wpływ na warto
ść
pH buforu, dlatego aby dokładnie
obliczy
ć
warto
ś
ci pH roztworu buforowego nale
Ŝ
y uwzgl
ę
dni
ć
warto
ść
współ-
czynnika aktywno
ś
ci
f
, wówczas pH buforu oblicza si
ę
ze wzoru:
pH = pK
k
+ lg (
f
× C
s
/C
k
)
Podstawiamy do tego wzoru dane z przykładu 1, dla których warto
ść
f
wy-
nosi 0,82. Warto
ść
współczynnika aktywno
ś
ci oblicza si
ę
ze wzoru:
z
2
A
Ⱥ
log
f
=
1
-
i
,
+
Ⱥ
gdzie:
f
– współczynnik aktywno
ś
ci; C
i
– całkowite st
ęŜ
enie molowe roztworu; z
i
– ładunek jo-
nu; A = 0,51 dla roztworów wodnych o temperaturze 25
o
C,
m
– siła jonowa roztworu.
⇒
Warto
ść
siły jonowej oblicza si
ę
, korzystaj
ą
c ze wzoru:
Ⱥ
=
1
=
n
C
i
z
×
2
= 0,5 (0,04 mol/l
1
2
+ 0,04 mol/l
1
2
) = 0,04
i
2
i
1
1
2
×
0
51
0
04
0
102
log
f
=
-
=
-
= 0,82
1
+
0
04
1
2
uwzgl
ę
dniaj
ą
c warto
ść
współczynnika aktywno
ś
ci, pH tego buforu wynosi:
pH = 4,73 + lg (0,82
·
0,04/0,16) = 4,73 + lg (0,205) = 4,73 – 0,69 = 4,04
Obliczona warto
ść
pH tego buforu, bez uwzgl
ę
dnienia współczynnika
aktywno
ś
ci, wynosiła 4,13. W buforze tym ró
Ŝ
nica wynikaj
ą
ca z oblicze
ń
jest sto-
sunkowo nieznaczna, rz
ę
du 0,09 jednostki pH. W przypadku buforów bardziej
rozcie
ń
czonych ró
Ŝ
nica ta jest jeszcze mniejsza, wówczas warto
ść
współczynnika
aktywno
ś
ci w obliczaniu pH roztworu buforowego mo
Ŝ
na pomin
ąć
. Bardzo du
Ŝ
e
ró
Ŝ
nice dotycz
ą
buforów opartych na solach kwasów wieloprotonowych, np.
w buforze fosforanowym. W takich przypadkach, obliczaj
ą
c warto
ść
pH zawsze
nale
Ŝ
y uwzgl
ę
dnia
ć
współczynniki aktywno
ś
ci dla obu rodzajów jonów.
Przykłady oblicze
ń
pH roztworu buforowego, b
ę
d
ą
cego mieszanin
ą
słabej
zasady i jej soli przedstawiono poni
Ŝ
ej.
110
Plik z chomika:
Zana1993
Inne pliki z tego folderu:
fdm-textbook_section4.pdf
(290 KB)
fdm-textbook_section3.pdf
(3200 KB)
fdm-textbook_section2.pdf
(1794 KB)
fdm-textbook_section1.pdf
(2837 KB)
Massage - Tutorial, Guide, Body - En - Myofascial Release Rolfing - #05 - Main Video.mp4
(292560 KB)
Inne foldery tego chomika:
angielski
biologia i zoologia
Dietetyka
Dokumenty
e-booki
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin