សូលុយស្យុងទប់៖ របៀបដែលអាស៊ីតខ្សោយ និងបាសឆ្លាស់របស់វារក្សា pH ឱ្យនឹង

ដៃគូពីរដែលម្នាក់ៗបន្សាបការគំរាមកំហែងមួយ

យកល្បាយអាស៊ីតអាសេទិក CH₃COOH និងសូដ្យូមអាសេតាត ដែលផ្គត់ផ្គង់ CH₃COO⁻។ ប្រសិនបើបន្ថែមអាស៊ីតខ្លាំង អ៊ីយ៉ុងអាសេតាតចាប់យកប្រូតុងបន្ថែម៖ CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O។ ប្រសិនបើបន្ថែមបាសខ្លាំង អាស៊ីតអាសេទិកបន្សាបវា៖ CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O។

ប្រតិកម្មទាំងពីរដំណើរការស្ទើរតែពេញលេញ ដូច្នេះអាស៊ីតខ្លាំង ឬបាសខ្លាំងដែលបន្ថែម ត្រូវបានបម្លែងទៅជាដៃគូខ្សោយបន្ថែមទៀត។ pH នៅតែផ្លាស់ទី ព្រោះផលធៀបអាស៊ីតលើបាសផ្លាស់ប្តូរ ប៉ុន្តែត្រឹមតែបន្តិចប៉ុណ្ណោះ។ សូលុយស្យុងអាស៊ីតខ្សោយតែម្យ៉ាងមិនអាចធ្វើដូច្នេះបានទេ ព្រោះវាស្ទើរតែគ្មានបាសឆ្លាស់ដើម្បីស្រូបយកអាស៊ីតដែលបន្ថែម។

គូសូលុយស្យុងទប់ទូទៅរួមមាន អាស៊ីតអាសេទិកជាមួយអាសេតាត អាម៉ូញ៉ូមជាមួយអាម៉ូញាក់ ឌីអ៊ីដ្រូសែនផូស្វាតជាមួយអ៊ីដ្រូសែនផូស្វាត និងអាស៊ីតកាបូនិកជាមួយអ៊ីដ្រូសែនកាបូណាត។ គូចុងក្រោយជួយរក្សាឈាមមនុស្សឱ្យនៅជិត pH 7.4 ដូចដែលផ្នែក 14.6 នៃ OpenStax ពិពណ៌នា។

ការទាញរកសមីការហិនឌើសុន–ហាសិលបាល់ក៍ពីកន្សោម Ka

ចាប់ផ្តើមពី Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] ហើយដោះស្រាយរកហ៊ីដ្រូញ៉ូម៖ [H₃O⁺] = Ka × [HA]/[A⁻]។ យក −log នៃអង្គទាំងពីរ ដើម្បីទទួលបាន pH = pKa + log([A⁻]/[HA])។ នេះគឺជាសមីការហិនឌើសុន–ហាសិលបាល់ក៍។

ក្នុងសូលុយស្យុងទប់ ទាំង HA និង A⁻ មានវត្តមានក្នុងបរិមាណច្រើនគួរសម ហើយនីមួយៗទប់ស្កាត់ប្រតិកម្មរបស់មួយទៀតជាមួយទឹក។ ដូច្នេះកំហាប់លំនឹងរបស់វាស្ទើរតែស្មើនឹងបរិមាណដែលអ្នកបានលាយ។ នោះហើយជាមូលហេតុដែលអ្នកអាចដាក់កំហាប់ដែលបានរៀបចំចូលក្នុងសមីការដោយផ្ទាល់ ដោយមិនចាំបាច់ប្រើតារាង ICE។

ដោយសារដៃគូទាំងពីរស្ថិតនៅក្នុងមាឌដូចគ្នា ផលធៀបកំហាប់ស្មើនឹងផលធៀបចំនួនម៉ូល។ អ្នកអាចប្រើចំនួនម៉ូលដោយផ្ទាល់ ដែលសន្សំបានមួយជំហានក្រោយពេលបន្ថែមអាស៊ីត ឬបាស។

• នៅពេល [A⁻] = [HA] តួ log ស្មើសូន្យ ហើយ pH = pKa។
• ការកើនផលធៀបបាសលើអាស៊ីតដប់ដងនីមួយៗ បង្កើន pH មួយឯកតា។
• បាសឆ្លាស់ច្រើនជាងអាស៊ីតផ្តល់ pH លើស pKa អាស៊ីតច្រើនជាងផ្តល់ pH ក្រោម pKa។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ pH នៃសូលុយស្យុងទប់អាសេតាត

សូលុយស្យុងទប់មួយមាន CH₃COOH 0.300 M និង CH₃COONa 0.250 M។ ឧបសម្ព័ន្ធ H ផ្តល់ Ka = 1.8 × 10⁻⁵ ដូច្នេះ pKa = 4.745។ បន្ទាប់មក pH = 4.745 + log(0.250/0.300) = 4.745 − 0.079 = 4.67។

រក្សា pKa មិនបង្គត់រហូតដល់ចុងបញ្ចប់។ ការបង្គត់វាមុនទៅ 4.74 ផ្តល់ 4.66។ ភាពខុសគ្នានេះស្ថិតក្នុងភាពមិនប្រាកដប្រជានៃ Ka ពីរខ្ទង់សំខាន់ ប៉ុន្តែការបង្គត់តែម្តងនៅចុងបញ្ចប់ រក្សាចម្លើយរបស់អ្នកឱ្យស្របនឹងសោចម្លើយ។ pH ទាបជាង pKa បន្តិច ដូចការរំពឹងទុក ព្រោះមានអាស៊ីតច្រើនជាងបាសបន្តិច។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ ការបន្ថែមអាស៊ីតខ្លាំង បន្ទាប់មកបាសខ្លាំង

បន្ថែម HCl 0.0200 mol ទៅក្នុងសូលុយស្យុងទប់ខាងលើ 1.00 L។ ធ្វើការបន្សាបជាមុនសិន ជាជំហានស្តូអ៊ីគីយ៉ូមេត្រី៖ H₃O⁺ បម្លែងអាសេតាត 0.0200 mol ទៅជាអាស៊ីតអាសេទិក។ អាស៊ីតអាសេទិកកើនពី 0.300 ទៅ 0.320 mol ហើយអាសេតាតថយពី 0.250 ទៅ 0.230 mol។ បន្ទាប់មក pH = 4.745 + log(0.230/0.320) = 4.60។ pH បានធ្លាក់ពី 4.67 ទៅ 4.60 តិចជាងមួយភាគដប់នៃឯកតា។

ការបន្ថែម HCl 0.0200 mol ដដែលទៅក្នុងទឹកសុទ្ធ 1.00 L នឹងផ្តល់ [H₃O⁺] = 0.0200 M និង pH 1.70 ដែលជាការធ្លាក់ច្រើនជាងប្រាំឯកតាពីអព្យាក្រឹត។

ឥឡូវបន្ថែម NaOH 0.0500 mol ទៅក្នុងសូលុយស្យុងទប់ដើមថ្មី 1.00 L។ អ៊ីដ្រូអុកស៊ីតបម្លែងអាស៊ីតអាសេទិក 0.0500 mol ទៅជាអាសេតាត ដោយនៅសល់អាស៊ីត 0.250 mol និងបាស 0.300 mol។ pH = 4.745 + log(0.300/0.250) = 4.82 ដែលជាការកើនពី 4.67 តិចជាង 0.2។ ក្នុងទឹកសុទ្ធ NaOH ដដែលនឹងផ្តល់ pH 12.70។

តក្កវិជ្ជាដដែលអនុញ្ញាតឱ្យអ្នកធ្វើសូលុយស្យុងទប់ដោយការបន្សាបមួយផ្នែក។ ការលាយអាស៊ីតអាសេទិក 0.0400 mol ជាមួយ NaOH 0.0150 mol នៅសល់អាស៊ីត 0.0250 mol និងអាសេតាត 0.0150 mol ដូច្នេះ pH = 4.745 + log(0.0150/0.0250) = 4.52 មិនថាមាឌចុងក្រោយប៉ុន្មានទេ។

ការរចនាសូលុយស្យុងទប់សម្រាប់ pH គោលដៅ

ជាដំបូង ជ្រើសរើសគូឆ្លាស់ដែល pKa របស់វានៅក្នុងចន្លោះមួយឯកតានៃ pH ដែលអ្នកចង់បាន។ បន្ទាប់មកប្រើសមីការហិនឌើសុន–ហាសិលបាល់ក៍ថយក្រោយ ដើម្បីរកផលធៀប ហើយប្រើស្តូអ៊ីគីយ៉ូមេត្រីដើម្បីបម្លែងផលធៀបទៅជាបរិមាណ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ។ រៀបចំសូលុយស្យុងទប់ pH 9.50 ពីអាម៉ូញាក់ 0.200 M 500.0 mL ដោយបន្ថែមអាម៉ូញ៉ូមក្លរួរឹង។ ដៃគូអាស៊ីតគឺ NH₄⁺។ ពីឧបសម្ព័ន្ធ I, Kb(NH₃) = 1.8 × 10⁻⁵ ដូច្នេះ pKb = 4.745 និង pKa(NH₄⁺) = 14.00 − 4.745 = 9.255។ ផលធៀបដែលត្រូវការគឺ [NH₃]/[NH₄⁺] = 10 ស្វ័យគុណ (9.50 − 9.255) = 1.76។

ដបមាន 0.5000 L × 0.200 mol/L = 0.100 mol NH₃ ដូច្នេះវាត្រូវការ NH₄⁺ 0.100 / 1.76 = 0.0569 mol។ ជាមួយ M(NH₄Cl) = 53.49 g/mol នោះគឺអាម៉ូញ៉ូមក្លរួប្រហែល 3.0 g រាយការណ៍ជាពីរខ្ទង់សំខាន់ ព្រោះ Kb មានពីរ។ ក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង អ្នកនឹងពិនិត្យ pH ជាមួយឧបករណ៍វាស់ដែលបានក្រិតតាមខ្នាត ហើយកែតម្រូវ។

សមត្ថភាពទប់ និងចន្លោះ pH ដែលមានប្រយោជន៍

ចន្លោះទប់គឺជាចន្លោះ pH ដែលសូលុយស្យុងទប់ដំណើរការបានល្អ។ ផលធៀប 10:1 ឬ 1:10 ត្រូវនឹង pH = pKa ± 1 ហើយនៅក្រៅចន្លោះនោះ ដៃគូមួយមានតិចពេកមិនអាចស្រូបយកអាស៊ីត ឬបាសបន្ថែមបានច្រើនទៀតទេ។ សូលុយស្យុងទប់អាសេតាតមានប្រយោជន៍ពីប្រហែល pH 3.7 ដល់ 5.7 ហើយសូលុយស្យុងទប់អាម៉ូញាក់ពីប្រហែល 8.3 ដល់ 10.3។

សមត្ថភាពទប់គឺជាបរិមាណអាស៊ីត ឬបាសដែលសូលុយស្យុងទប់អាចស្រូបយកបាន មុនពេល pH របស់វាផ្លាស់ប្តូរខ្លាំង។ វាអាស្រ័យលើបរិមាណនៃដៃគូនីមួយៗដែលមាន មិនមែនត្រឹមតែផលធៀបរបស់វាទេ។ ប្រៀបធៀបសូលុយស្យុងទប់អាសេតាតពីរ ដែលនីមួយៗមាន 1.00 L ជាមួយអាស៊ីត និងបាសស្មើគ្នា។ ទាំងពីរចាប់ផ្តើមនៅ pH = pKa = 4.74។ ជាមួយ 0.100 M នៃនីមួយៗ ការបន្ថែម HCl 0.00500 mol បន្ថយ pH 0.04 មកនៅ 4.70។ ជាមួយ 0.0100 M នៃនីមួយៗ ការបន្ថែមដដែលបន្ថយវាជិតកន្លះឯកតា មកនៅ 4.27។ ផលធៀបដូចគ្នា ប៉ុន្តែសូលុយស្យុងទប់រំលាយមានសមត្ថភាពមួយភាគដប់។

សូលុយស្យុងទប់អស់សមត្ថភាព នៅពេលអាស៊ីត ឬបាសដែលបន្ថែមប្រើប្រាស់ដៃគូមួយអស់ទាំងស្រុង។ បន្ទាប់ពីនោះ pH ត្រូវបានកំណត់ដោយអាស៊ីតខ្លាំង ឬបាសខ្លាំងដែលលើស ហើយវាផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងខ្លាំង។

កំហុសដែលធ្វើឱ្យចម្លើយសូលុយស្យុងទប់ខុស

បញ្ហាសូលុយស្យុងទប់លាយការវែកញែកពីរប្រភេទ៖ ស្តូអ៊ីគីយ៉ូមេត្រីសម្រាប់ការបន្សាប និងលំនឹងសម្រាប់ pH។ រក្សាវាតាមលំដាប់នោះ។

• សរសេរផលធៀបបញ្ច្រាស។ វាគឺបាសលើអាស៊ីត៖ log([A⁻]/[HA])។
• ដាក់ HCl ឬ NaOH ដែលបន្ថែមចូលក្នុងសមីការហិនឌើសុន–ហាសិលបាល់ក៍ មុនពេលធ្វើជំហានបន្សាប។
• ប្រើ pKb ជំនួស pKa សម្រាប់សូលុយស្យុងទប់អាម៉ូញាក់។ បម្លែងដោយប្រើ pKa + pKb = 14.00 នៅ 25 °C។
• លាយចំនួនម៉ូលសម្រាប់ដៃគូមួយ ជាមួយកំហាប់សម្រាប់ដៃគូមួយទៀត នៅពេលវានៅក្នុងមាឌខុសគ្នា។
• សន្មតថាសូលុយស្យុងទប់នៅតែដំណើរការ ក្រោយពេលអាស៊ីត ឬបាសដែលបន្ថែមលើសបរិមាណនៃដៃគូមួយ។
• ចាត់ទុកអាស៊ីតខ្សោយតែម្យ៉ាង ឬអាស៊ីតខ្សោយជាមួយអាស៊ីតខ្លាំង ជាសូលុយស្យុងទប់។