Tampon: asîdeke qels û baza wê ya hevgirtî çawa pH sabît digirin

Du hevkar ku her yek xetereyekê bêalî dike

Tevliheviyeke asîda asetîk, CH₃COOH, û asetata sodyûmê, ku CH₃COO⁻ dide, bigire. Heke asîdeke xurt bê zêdekirin, îyona asetatê protonên zêde werdigire: CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O. Heke bazeke xurt bê zêdekirin, asîda asetîk wê bêalî dike: CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O.

Her du reaksiyon bi bingehîn heta temamiyê diçin, ji ber vê yekê asîd an baza xurt a zêdekirî dibe bêtir ji hevkarê qels. pH hê jî diguhere, ji ber ku nisbeta asîdê bo bazê diguhere, lê tenê hinekî. Çareseriyeke ku tenê asîdeke qels tê de ye nikare vê bike, ji ber ku hema hema baza hevgirtî nîne da ku asîda zêdekirî bikişîne.

Cotên tamponê yên berbelav asîda asetîk bi asetatê re, amonyûm bi amonyakê re, dîhîdrojen fosfat bi hîdrojen fosfatê re, û asîda karbonîk bi hîdrojen karbonatê re dihewînin. Cota dawî alîkariya girtina xwîna mirovan nêzîkî pH 7.4 dike, wekî ku OpenStax beşa 14.6 vedibêje.

Derxistina Henderson–Hasselbalch ji vegotina Ka

Ji Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] dest pê bike û ji bo hîdronyûmê çareser bike: [H₃O⁺] = Ka × [HA]/[A⁻]. −log ya her du aliyan bigire da ku pH = pKa + log([A⁻]/[HA]) bistînî. Ev hevkêşeya Henderson–Hasselbalch e.

Di tamponekê de, hem HA û hem A⁻ bi mîqdarên berçav hene, û her yek reaksiyona ya din bi avê re ditepisîne. Ji ber vê yekê tîrêjiyên wan ên hevsengiyê hema hema bi mîqdarên ku te tevlihev kirine re wekhev in. Ev e sedema ku tu dikarî tîrêjiyên amadekirî rasterast têxî hevkêşeyê bêyî tabloyeke ICE.

Ji ber ku her du hevkar di heman hecmê de ne, nisbeta tîrêjiyan bi nisbeta molan re wekhev e. Tu dikarî molan rasterast bi kar bînî, ku piştî zêdekirina asîd an bazê gavekê kurt dike.

• Dema [A⁻] = [HA], termê log sifir e û pH = pKa.
• Her zêdebûneke deh carî di nisbeta baz-bo-asîdê de pH bi yek yekeyê bilind dike.
• Ji asîdê bêtir baza hevgirtî pH-yeke li jor pKa dide; bêtir asîd pH-yeke li jêr wê dide.

Mînaka çareserkirî: pH ya tamponeke asetatê

Tamponek 0.300 M CH₃COOH û 0.250 M CH₃COONa dihewîne. Pêveka H Ka = 1.8 × 10⁻⁵ dide, ji ber vê yekê pKa = 4.745. Wê demê pH = 4.745 + log(0.250/0.300) = 4.745 − 0.079 = 4.67.

pKa ya nebidorkirî heta dawiyê bibe. Bidorkirina wê pêşî bo 4.74 4.66 dide. Cudahî di nav nezelaliya Ka-yeke du-reqemî de ye, lê bidorkirina carekê di dawiyê de bersivên te bi mifteya bersivan re lihev dihêle. pH hinekî di bin pKa de ye, wekî ku tê hêvîkirin, ji ber ku hinekî ji bazê bêtir asîd heye.

Mînaka çareserkirî: zêdekirina asîda xurt, paşê baza xurt

0.0200 mol HCl li 1.00 L ya tampona li jor zêde bike. Pêşî bêalîkirinê bike, wekî gaveke stoyîkîyometriyê: H₃O⁺ 0.0200 mol asetat dike asîda asetîk. Asîda asetîk ji 0.300 bilind dibe 0.320 mol û asetat ji 0.250 dadikeve 0.230 mol. Wê demê pH = 4.745 + log(0.230/0.320) = 4.60. pH ji 4.67 daket 4.60, kêmtir ji dehyeka yekeyekê.

Zêdekirina heman 0.0200 mol HCl li 1.00 L ava paqij dê [H₃O⁺] = 0.0200 M û pH 1.70 bida, daketineke ji pênc yekeyan zêdetir ji bêalîbûnê.

Niha 0.0500 mol NaOH li 1.00 L ya nû ya tampona destpêkê zêde bike. Hîdroksîd 0.0500 mol asîda asetîk dike asetat, û 0.250 mol asîd û 0.300 mol baz dihêle. pH = 4.745 + log(0.300/0.250) = 4.82, bilindbûneke ji 4.67 kêmtir ji 0.2. Di ava paqij de heman NaOH dê pH 12.70 bida.

Heman mentiq dihêle tu tamponekê bi bêalîkirina beşî çêkî. Tevlihevkirina 0.0400 mol asîda asetîk bi 0.0150 mol NaOH re 0.0250 mol asîd û 0.0150 mol asetat dihêle, ji ber vê yekê pH = 4.745 + log(0.0150/0.0250) = 4.52, çi dibe bila bibe hecma dawî.

Dîzaynkirina tamponekê ji bo pH-yeke armanc

Pêşî cotekî hevgirtî hilbijêre ku pKa ya wê di nav yek yekeyê de ji pH ya ku tu dixwazî be. Paşê Henderson–Hasselbalch berovajî bi kar bîne da ku nisbetê bibînî, û stoyîkîyometriyê da ku nisbetê bikî mîqdar.

Mînaka çareserkirî. Tamponeke pH 9.50 ji 500.0 mL amonyaka 0.200 M bi zêdekirina klorîda amonyûmê ya req amade bike. Hevkarê asîdî NH₄⁺ e. Ji Pêveka I, Kb(NH₃) = 1.8 × 10⁻⁵, ji ber vê yekê pKb = 4.745 û pKa(NH₄⁺) = 14.00 − 4.745 = 9.255. Nisbeta hewce [NH₃]/[NH₄⁺] = 10 bi hêza (9.50 − 9.255) = 1.76 e.

Flaske 0.5000 L × 0.200 mol/L = 0.100 mol NH₃ digire, ji ber vê yekê ew 0.100 / 1.76 = 0.0569 mol NH₄⁺ hewce dike. Bi M(NH₄Cl) = 53.49 g/mol, ev nêzîkî 3.0 g klorîda amonyûmê ye, bi du reqemên girîng tê raporkirin ji ber ku Kb du hene. Di pratîkê de tu dê paşê pH bi pîvereke kalibrekirî kontrol bikî û rast bikî.

Kapasîteya tamponê û rêzeya pH ya bikêr

Rêzeya tamponê navbera pH ye ku tê de tamponek baş dixebite. Nisbeteke 10:1 an 1:10 bi pH = pKa ± 1 re li hev tê, û li derveyî wê navberê hevkarek pir kêm e ku bêtir asîd an baz bikişîne. Tamponên asetatê bi qasî ji pH 3.7 heta 5.7, û tamponên amonyakê bi qasî ji 8.3 heta 10.3 bikêr in.

Kapasîteya tamponê mîqdara asîd an bazê ye ku tamponek dikare bikişîne berî ku pH ya wê pir biguhere. Ew bi wê ve girêdayî ye ka çiqas ji her hevkarî heye, ne tenê bi nisbeta wan. Du tamponên asetatê bide ber hev, her yek 1.00 L bi asîd û bazê wekhev. Her du di pH = pKa = 4.74 de dest pê dikin. Bi 0.100 M ji her yekê, zêdekirina 0.00500 mol HCl pH bi 0.04 nizm dike, bo 4.70. Bi 0.0100 M ji her yekê, heman zêdekirin wê bi hema hema nîv yekeyê nizm dike, bo 4.27. Nisbet heman bû, lê tampona tenik dehyeka kapasîteyê hebû.

Tamponek diqede dema asîd an baza zêdekirî hemû hevkarekî dixwe. Piştî wê, pH bi asîd an baza xurt a zêde tê diyarkirin, û ew bi tundî diguhere.

Xeletiyên ku bersiveke tamponê şaş dikin

Pirsgirêkên tamponê du cureyên ramanê tevlihev dikin: stoyîkîyometrî ji bo bêalîkirinê û hevsengî ji bo pH. Wan bi wê rêzê bihêle.

• Nivîsandina nisbetê serobin. Ew baz li ser asîdê ye: log([A⁻]/[HA]).
• Danîna HCl an NaOH ya zêdekirî di hevkêşeya Henderson–Hasselbalch de berî kirina gava bêalîkirinê.
• Bikaranîna pKb li şûna pKa ji bo tampona amonyakê. Bi pKa + pKb = 14.00 di 25 °C de veguherîne.
• Tevlihevkirina molên hevkarekî bi tîrêjiya yê din re dema ew di hecmên cuda de ne.
• Texmîna ku tamponek hê jî dixebite piştî ku asîd an baza zêdekirî ji mîqdara hevkarekî derbas dibe.
• Dîtina asîdeke qels bi tenê, an asîdeke qels bi asîdeke xurt re, wekî tampon.