Maoláin: Conas a Choinníonn Aigéad Lag agus a Bhonn Comhchuingeach an pH Seasta

Dhá pháirtí a neodraíonn bagairt amháin an duine

Tóg meascán d'aigéad aicéiteach, CH₃COOH, agus d'aicéatáit sóidiam, a sholáthraíonn CH₃COO⁻. Má chuirtear aigéad láidir leis, glacann an t-ian aicéatáite leis na prótóin bhreise: CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O. Má chuirtear bonn láidir leis, neodraíonn an t-aigéad aicéiteach é: CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O.

Téann an dá imoibriú go hiomlán, go bunúsach, mar sin tiontaítear an t-aigéad láidir nó an bonn láidir breise ina thuilleadh den pháirtí lag. Bogann an pH fós, toisc go n-athraíonn cóimheas an aigéid leis an mbonn, ach go beag amháin. Ní féidir le tuaslagán d'aigéad lag amháin é seo a dhéanamh, toisc nach mór aon bhonn comhchuingeach a bheith ann chun aigéad breise a ionsú.

I measc na bpéirí maolánacha coitianta tá aigéad aicéiteach le haicéatáit, amóiniam le hamóinia, fosfáit dihidrigine le fosfáit hidrigine, agus aigéad carbónach le carbónáit hidrigine. Cabhraíonn an péire deireanach le fuil an duine a choinneáil gar do pH 7.4, mar a dhéanann roinn 14.6 OpenStax cur síos air.

Henderson–Hasselbalch a dhíorthú ó shlonn Ka

Tosaigh ó Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] agus réitigh le haghaidh hidróiniam: [H₃O⁺] = Ka × [HA]/[A⁻]. Tóg −log den dá thaobh chun pH = pKa + log([A⁻]/[HA]) a fháil. Is í seo cothromóid Henderson–Hasselbalch.

I maolán, tá HA agus A⁻ araon i láthair i méideanna substaintiúla, agus cuireann gach ceann acu srian ar imoibriú an chinn eile le huisce. Mar sin tá a dtiúchain chothromaíochta beagnach cothrom leis na méideanna a mheasc tú. Sin é an fáth gur féidir leat na tiúchain ullmhaithe a chur go díreach isteach sa chothromóid gan tábla ICE.

Ós rud é go bhfuil an dá pháirtí sa toirt chéanna, is ionann cóimheas na dtiúchan agus cóimheas na mól. Is féidir leat móil a úsáid go díreach, rud a shábhálann céim tar éis aigéad nó bonn a chur leis.

• Nuair atá [A⁻] = [HA], tá an téarma log nialasach agus pH = pKa.
• Ardaíonn gach méadú faoi dheich ar chóimheas an bhoinn leis an aigéad an pH aonad amháin.
• Tugann níos mó boinn chomhchuingigh ná aigéid pH os cionn pKa; tugann níos mó aigéid pH faoina bhun.

Sampla oibrithe: pH maoláin aicéatáite

Tá 0.300 M CH₃COOH agus 0.250 M CH₃COONa i maolán. Tugann Aguisín H Ka = 1.8 × 10⁻⁵, mar sin pKa = 4.745. Ansin pH = 4.745 + log(0.250/0.300) = 4.745 − 0.079 = 4.67.

Coinnigh an pKa neamhshlánaithe go dtí an deireadh. Má shlánaítear go 4.74 é ar dtús, faightear 4.66. Tá an difríocht laistigh d'éiginnteacht Ka le dhá fhigiúr shuntasacha, ach má shlánaíonn tú uair amháin ag an deireadh, fanann do fhreagraí comhsheasmhach le heochair fhreagraí. Tá an pH beagán faoi bhun pKa, mar a bhíothas ag súil, toisc go bhfuil beagán níos mó aigéid ná boinn ann.

Sampla oibrithe: aigéad láidir a chur leis, ansin bonn láidir

Cuir 0.0200 mol HCl le 1.00 L den mhaolán thuas. Déan an neodrú ar dtús, mar chéim stoicióiméadrachta: tiontaíonn an H₃O⁺ 0.0200 mol aicéatáite ina aigéad aicéiteach. Ardaíonn an t-aigéad aicéiteach ó 0.300 go 0.320 mol agus titeann an aicéatáit ó 0.250 go 0.230 mol. Ansin pH = 4.745 + log(0.230/0.320) = 4.60. Thit an pH ó 4.67 go 4.60, níos lú ná an deichiú cuid d'aonad.

Dá gcuirfí an 0.0200 mol HCl céanna le 1.00 L d'uisce íon, gheofaí [H₃O⁺] = 0.0200 M agus pH 1.70, titim de níos mó ná cúig aonad ó neodrach.

Anois cuir 0.0500 mol NaOH le 1.00 L úr den mhaolán bunaidh. Tiontaíonn an hiodrocsaíd 0.0500 mol aigéid aicéitigh ina aicéatáit, ag fágáil 0.250 mol aigéid agus 0.300 mol boinn. pH = 4.745 + log(0.300/0.250) = 4.82, ardú níos lú ná 0.2 ó 4.67. In uisce íon thabharfadh an NaOH céanna pH 12.70.

Ligeann an loighic chéanna duit maolán a dhéanamh trí neodrú páirteach. Má mheasctar 0.0400 mol aigéid aicéitigh le 0.0150 mol NaOH, fágtar 0.0250 mol aigéid agus 0.0150 mol aicéatáite, mar sin pH = 4.745 + log(0.0150/0.0250) = 4.52, cibé toirt dheiridh atá ann.

Maolán a dhearadh do pH sprice

Ar dtús roghnaigh péire comhchuingeach a bhfuil a pKa laistigh d'aonad amháin den pH atá uait. Ansin úsáid Henderson–Hasselbalch droim ar ais chun an cóimheas a fháil, agus stoicióiméadracht chun an cóimheas a iompú ina mhéideanna.

Sampla oibrithe. Ullmhaigh maolán pH 9.50 ó 500.0 mL d'amóinia 0.200 M trí chlóiríd amóiniam sholadach a chur leis. Is é NH₄⁺ an páirtí aigéadach. Ó Aguisín I, Kb(NH₃) = 1.8 × 10⁻⁵, mar sin pKb = 4.745 agus pKa(NH₄⁺) = 14.00 − 4.745 = 9.255. Is é an cóimheas riachtanach [NH₃]/[NH₄⁺] = 10 ardaithe go (9.50 − 9.255) = 1.76.

Tá 0.5000 L × 0.200 mol/L = 0.100 mol NH₃ sa fhleascán, mar sin teastaíonn 0.100 / 1.76 = 0.0569 mol NH₄⁺ uaidh. Le M(NH₄Cl) = 53.49 g/mol, is ionann sin agus thart ar 3.0 g de chlóiríd amóiniam, arna thuairisciú go dtí dhá fhigiúr shuntasacha toisc go bhfuil dhá cheann ag Kb. Go praiticiúil, sheiceálfá an pH ansin le méadar calabraithe agus choigeartófá é.

Toilleadh maolaithe agus an raon pH úsáideach

Is é an raon maolaithe an réimse pH ina n-oibríonn maolán go maith. Freagraíonn cóimheas 10:1 nó 1:10 do pH = pKa ± 1, agus lasmuigh den réimse sin tá páirtí amháin ró-ghann chun mórán níos mó aigéid nó boinn a ionsú. Tá maoláin aicéatáite úsáideach ó thart ar pH 3.7 go 5.7, agus maoláin amóinia ó thart ar 8.3 go 10.3.

Is é an toilleadh maolaithe an méid aigéid nó boinn is féidir le maolán a ionsú sula n-athraíonn a pH go mór. Braitheann sé ar an méid de gach páirtí atá i láthair, ní hamháin ar a gcóimheas. Cuir dhá mhaolán aicéatáite i gcomparáid, gach ceann 1.00 L le haigéad agus bonn cothrom. Tosaíonn an dá cheann ag pH = pKa = 4.74. Le 0.100 M de gach ceann, íslíonn 0.00500 mol HCl a chur leis an pH faoi 0.04, go 4.70. Le 0.0100 M de gach ceann, íslíonn an méid céanna é faoi bheagnach leath aonaid, go 4.27. Bhí an cóimheas mar an gcéanna, ach ní raibh ag an maolán caol ach an deichiú cuid den toilleadh.

Bíonn maolán ídithe nuair a ídíonn an t-aigéad nó an bonn breise páirtí amháin go hiomlán. Ina dhiaidh sin, socraíonn an t-aigéad láidir nó an bonn láidir barrachais an pH, agus athraíonn sé go géar.

Botúin a fhágann freagra maoláin mícheart

Meascann fadhbanna maoláin dhá chineál réasúnaíochta: stoicióiméadracht don neodrú agus cothromaíocht don pH. Coinnigh san ord sin iad.

• An cóimheas a scríobh bunoscionn. Is bonn thar aigéad é: log([A⁻]/[HA]).
• An HCl nó an NaOH breise a chur isteach i gcothromóid Henderson–Hasselbalch sula ndéantar céim an neodraithe.
• pKb a úsáid in ionad pKa do mhaolán amóinia. Tiontaigh le pKa + pKb = 14.00 ag 25 °C.
• Móil do pháirtí amháin a mheascadh le tiúchan don pháirtí eile nuair atá siad i dtoirteanna éagsúla.
• Glacadh leis go n-oibríonn maolán fós tar éis don aigéad nó don bhonn breise méid páirtí amháin a shárú.
• Caitheamh le haigéad lag amháin, nó le haigéad lag le haigéad láidir, mar mhaolán.