ບັບເຟີ: ກົດອ່ອນ ແລະ ເບດຄອນຈູເກດຂອງມັນຮັກສາ pH ໃຫ້ຄົງທີ່ແນວໃດ

ຄູ່ຮ່ວມສອງຢ່າງທີ່ແຕ່ລະຢ່າງສະເທີນໄພຄຸກຄາມໜຶ່ງຢ່າງ

ເອົາສ່ວນປະສົມຂອງກົດອາເຊຕິກ, CH₃COOH, ແລະ ໂຊດຽມອາເຊເຕດ, ເຊິ່ງໃຫ້ CH₃COO⁻. ຖ້າເພີ່ມກົດແກ່, ໄອອອນອາເຊເຕດຈະຮັບໂປຣຕອນທີ່ເກີນມາ: CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O. ຖ້າເພີ່ມເບດແກ່, ກົດອາເຊຕິກຈະສະເທີນມັນ: CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O.

ປະຕິກິລິຍາທັງສອງດຳເນີນໄປເກືອບສົມບູນ, ສະນັ້ນກົດແກ່ ຫຼື ເບດແກ່ທີ່ເພີ່ມເຂົ້າໄປຈະຖືກປ່ຽນເປັນຄູ່ຮ່ວມທີ່ອ່ອນໃຫ້ຫຼາຍຂຶ້ນ. pH ຍັງເຄື່ອນທີ່, ເພາະອັດຕາສ່ວນຂອງກົດຕໍ່ເບດປ່ຽນໄປ, ແຕ່ພຽງເລັກນ້ອຍ. ສາລະລາຍຂອງກົດອ່ອນຢ່າງດຽວເຮັດແບບນີ້ບໍ່ໄດ້, ເພາະມັນແທບບໍ່ມີເບດຄອນຈູເກດທີ່ຈະດູດຊັບກົດທີ່ເພີ່ມເຂົ້າໄປ.

ຄູ່ບັບເຟີທົ່ວໄປລວມມີກົດອາເຊຕິກກັບອາເຊເຕດ, ແອມໂມນຽມກັບແອມໂມເນຍ, ໄດໄຮໂດຣເຈນຟອສເຟດກັບໄຮໂດຣເຈນຟອສເຟດ, ແລະ ກົດຄາບອນິກກັບໄຮໂດຣເຈນຄາບອເນດ. ຄູ່ສຸດທ້າຍຊ່ວຍຮັກສາເລືອດຂອງມະນຸດໃຫ້ຢູ່ໃກ້ pH 7.4, ຕາມທີ່ພາກ 14.6 ຂອງ OpenStax ອະທິບາຍ.

ການພິສູດເຮັນເດີສັນ–ຮາສເຊລບາລ໌ຄຈາກສຳນວນ Ka

ເລີ່ມຈາກ Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] ແລະ ແກ້ຫາໄຮໂດຣນຽມ: [H₃O⁺] = Ka × [HA]/[A⁻]. ເອົາ −log ທັງສອງຂ້າງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ pH = pKa + log([A⁻]/[HA]). ນີ້ແມ່ນສົມຜົນເຮັນເດີສັນ–ຮາສເຊລບາລ໌ຄ.

ໃນບັບເຟີ, ທັງ HA ແລະ A⁻ ມີຢູ່ໃນປະລິມານທີ່ຫຼາຍພໍສົມຄວນ, ແລະ ແຕ່ລະຢ່າງຢັບຢັ້ງປະຕິກິລິຍາຂອງອີກຢ່າງກັບນ້ຳ. ດັ່ງນັ້ນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ສະມະດຸນຂອງມັນຈຶ່ງເກືອບເທົ່າກັບປະລິມານທີ່ທ່ານປະສົມ. ນັ້ນຄືເຫດຜົນທີ່ທ່ານສາມາດໃສ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ກຽມໄວ້ເຂົ້າໃນສົມຜົນໄດ້ໂດຍກົງ ໂດຍບໍ່ຕ້ອງໃຊ້ຕາຕະລາງ ICE.

ເນື່ອງຈາກຄູ່ຮ່ວມທັງສອງຢູ່ໃນປະລິມານດຽວກັນ, ອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນເທົ່າກັບອັດຕາສ່ວນຂອງໂມນ. ທ່ານສາມາດໃຊ້ໂມນໄດ້ໂດຍກົງ, ເຊິ່ງປະຢັດໜຶ່ງຂັ້ນຕອນຫຼັງຈາກເພີ່ມກົດ ຫຼື ເບດ.

• ເມື່ອ [A⁻] = [HA], ພົດ log ເປັນສູນ ແລະ pH = pKa.
• ທຸກໆການເພີ່ມຂຶ້ນສິບເທົ່າຂອງອັດຕາສ່ວນເບດຕໍ່ກົດເຮັດໃຫ້ pH ເພີ່ມຂຶ້ນໜຶ່ງໜ່ວຍ.
• ເບດຄອນຈູເກດຫຼາຍກວ່າກົດໃຫ້ pH ສູງກວ່າ pKa; ກົດຫຼາຍກວ່າໃຫ້ pH ຕ່ຳກວ່າມັນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ: pH ຂອງບັບເຟີອາເຊເຕດ

ບັບເຟີໜຶ່ງມີ CH₃COOH 0.300 M ແລະ CH₃COONa 0.250 M. ພາກຜະໜວກ H ໃຫ້ Ka = 1.8 × 10⁻⁵, ສະນັ້ນ pKa = 4.745. ສະນັ້ນ pH = 4.745 + log(0.250/0.300) = 4.745 − 0.079 = 4.67.

ເກັບ pKa ທີ່ບໍ່ປັດໄວ້ຈົນຮອດຕອນທ້າຍ. ການປັດມັນກ່ອນເປັນ 4.74 ໃຫ້ 4.66. ຜົນຕ່າງຢູ່ພາຍໃນຄວາມບໍ່ແນ່ນອນຂອງ Ka ທີ່ມີເລກສຳຄັນສອງຕົວ, ແຕ່ການປັດຄັ້ງດຽວໃນຕອນທ້າຍຮັກສາໃຫ້ຄຳຕອບຂອງທ່ານສອດຄ່ອງກັບເສັ້ນຄຳຕອບ. pH ຕ່ຳກວ່າ pKa ເລັກນ້ອຍ, ຕາມທີ່ຄາດໄວ້, ເພາະມີກົດຫຼາຍກວ່າເບດເລັກນ້ອຍ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ: ການເພີ່ມກົດແກ່, ແລ້ວເບດແກ່

ເພີ່ມ HCl 0.0200 mol ເຂົ້າໃນບັບເຟີຂ້າງເທິງ 1.00 L. ເຮັດການສະເທີນກ່ອນ, ເປັນຂັ້ນຕອນສະໂຕອິກິໂອເມທຣີ: H₃O⁺ ປ່ຽນອາເຊເຕດ 0.0200 mol ເປັນກົດອາເຊຕິກ. ກົດອາເຊຕິກເພີ່ມຈາກ 0.300 ເປັນ 0.320 mol ແລະ ອາເຊເຕດຫຼຸດຈາກ 0.250 ເປັນ 0.230 mol. ສະນັ້ນ pH = 4.745 + log(0.230/0.320) = 4.60. pH ຫຼຸດຈາກ 4.67 ເປັນ 4.60, ໜ້ອຍກວ່າໜຶ່ງສ່ວນສິບຂອງໜ່ວຍ.

ການເພີ່ມ HCl 0.0200 mol ເທົ່າກັນເຂົ້າໃນນ້ຳບໍລິສຸດ 1.00 L ຈະໃຫ້ [H₃O⁺] = 0.0200 M ແລະ pH 1.70, ຫຼຸດລົງຫຼາຍກວ່າຫ້າໜ່ວຍຈາກຄ່າເປັນກາງ.

ຕອນນີ້ເພີ່ມ NaOH 0.0500 mol ເຂົ້າໃນບັບເຟີເດີມໃໝ່ 1.00 L. ໄຮດຣອກໄຊດ໌ປ່ຽນກົດອາເຊຕິກ 0.0500 mol ເປັນອາເຊເຕດ, ເຫຼືອກົດ 0.250 mol ແລະ ເບດ 0.300 mol. pH = 4.745 + log(0.300/0.250) = 4.82, ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 4.67 ໜ້ອຍກວ່າ 0.2. ໃນນ້ຳບໍລິສຸດ NaOH ເທົ່າກັນຈະໃຫ້ pH 12.70.

ເຫດຜົນດຽວກັນຊ່ວຍໃຫ້ທ່ານເຮັດບັບເຟີໄດ້ໂດຍການສະເທີນບາງສ່ວນ. ການປະສົມກົດອາເຊຕິກ 0.0400 mol ກັບ NaOH 0.0150 mol ເຫຼືອກົດ 0.0250 mol ແລະ ອາເຊເຕດ 0.0150 mol, ສະນັ້ນ pH = 4.745 + log(0.0150/0.0250) = 4.52, ບໍ່ວ່າປະລິມານສຸດທ້າຍຈະເປັນເທົ່າໃດ.

ການອອກແບບບັບເຟີສຳລັບ pH ເປົ້າໝາຍ

ທຳອິດໃຫ້ເລືອກຄູ່ຄອນຈູເກດທີ່ pKa ຢູ່ພາຍໃນໜຶ່ງໜ່ວຍຂອງ pH ທີ່ທ່ານຕ້ອງການ. ແລ້ວໃຊ້ເຮັນເດີສັນ–ຮາສເຊລບາລ໌ຄຍ້ອນກັບເພື່ອຫາອັດຕາສ່ວນ, ແລະ ໃຊ້ສະໂຕອິກິໂອເມທຣີເພື່ອປ່ຽນອັດຕາສ່ວນເປັນປະລິມານ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ. ກຽມບັບເຟີ pH 9.50 ຈາກແອມໂມເນຍ 0.200 M 500.0 mL ໂດຍການເພີ່ມແອມໂມນຽມຄລໍໄຣດ໌ທີ່ເປັນຂອງແຂງ. ຄູ່ຮ່ວມທີ່ເປັນກົດແມ່ນ NH₄⁺. ຈາກພາກຜະໜວກ I, Kb(NH₃) = 1.8 × 10⁻⁵, ສະນັ້ນ pKb = 4.745 ແລະ pKa(NH₄⁺) = 14.00 − 4.745 = 9.255. ອັດຕາສ່ວນທີ່ຕ້ອງການແມ່ນ [NH₃]/[NH₄⁺] = 10 ຍົກກຳລັງ (9.50 − 9.255) = 1.76.

ຂວດບັນຈຸ 0.5000 L × 0.200 mol/L = NH₃ 0.100 mol, ສະນັ້ນມັນຕ້ອງການ NH₄⁺ 0.100 / 1.76 = 0.0569 mol. ດ້ວຍ M(NH₄Cl) = 53.49 g/mol, ນັ້ນແມ່ນແອມໂມນຽມຄລໍໄຣດ໌ປະມານ 3.0 g, ລາຍງານເປັນເລກສຳຄັນສອງຕົວເພາະ Kb ມີສອງຕົວ. ໃນທາງປະຕິບັດ ທ່ານຈະກວດ pH ດ້ວຍເຄື່ອງວັດທີ່ປັບທຽບແລ້ວ ແລະ ປັບແຕ່ງ.

ຄວາມຈຸຂອງບັບເຟີ ແລະ ຊ່ວງ pH ທີ່ໃຊ້ໄດ້

ຊ່ວງບັບເຟີແມ່ນຊ່ວງ pH ທີ່ບັບເຟີເຮັດວຽກໄດ້ດີ. ອັດຕາສ່ວນ 10:1 ຫຼື 1:10 ກົງກັບ pH = pKa ± 1, ແລະ ນອກຊ່ວງນັ້ນ ຄູ່ຮ່ວມໜຶ່ງມີໜ້ອຍເກີນໄປທີ່ຈະດູດຊັບກົດ ຫຼື ເບດເພີ່ມອີກຫຼາຍ. ບັບເຟີອາເຊເຕດໃຊ້ໄດ້ຈາກປະມານ pH 3.7 ເຖິງ 5.7, ແລະ ບັບເຟີແອມໂມເນຍຈາກປະມານ 8.3 ເຖິງ 10.3.

ຄວາມຈຸຂອງບັບເຟີແມ່ນປະລິມານກົດ ຫຼື ເບດທີ່ບັບເຟີສາມາດດູດຊັບໄດ້ກ່ອນທີ່ pH ຂອງມັນຈະປ່ຽນຫຼາຍ. ມັນຂຶ້ນກັບວ່າຄູ່ຮ່ວມແຕ່ລະຢ່າງມີຢູ່ເທົ່າໃດ, ບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ອັດຕາສ່ວນຂອງມັນ. ປຽບທຽບບັບເຟີອາເຊເຕດສອງຢ່າງ, ແຕ່ລະຢ່າງ 1.00 L ທີ່ມີກົດ ແລະ ເບດເທົ່າກັນ. ທັງສອງເລີ່ມທີ່ pH = pKa = 4.74. ເມື່ອມີແຕ່ລະຢ່າງ 0.100 M, ການເພີ່ມ HCl 0.00500 mol ເຮັດໃຫ້ pH ຫຼຸດລົງ 0.04, ເປັນ 4.70. ເມື່ອມີແຕ່ລະຢ່າງ 0.0100 M, ການເພີ່ມດຽວກັນເຮັດໃຫ້ມັນຫຼຸດລົງເກືອບເຄິ່ງໜ່ວຍ, ເປັນ 4.27. ອັດຕາສ່ວນຄືກັນ, ແຕ່ບັບເຟີທີ່ເຈືອຈາງມີຄວາມຈຸພຽງໜຶ່ງສ່ວນສິບ.

ບັບເຟີໝົດສະພາບເມື່ອກົດ ຫຼື ເບດທີ່ເພີ່ມເຂົ້າໄປໃຊ້ຄູ່ຮ່ວມໜຶ່ງຈົນໝົດ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, pH ຖືກກຳນົດໂດຍກົດແກ່ ຫຼື ເບດແກ່ທີ່ເກີນ, ແລະ ມັນປ່ຽນຢ່າງກະທັນຫັນ.

ຂໍ້ຜິດພາດທີ່ເຮັດໃຫ້ຄຳຕອບບັບເຟີຜິດ

ໂຈດບັບເຟີປະສົມເຫດຜົນສອງແບບ: ສະໂຕອິກິໂອເມທຣີສຳລັບການສະເທີນ ແລະ ສະມະດຸນສຳລັບ pH. ໃຫ້ເຮັດຕາມລຳດັບນັ້ນ.

• ຂຽນອັດຕາສ່ວນກັບຫົວ. ມັນແມ່ນເບດເທິງກົດ: log([A⁻]/[HA]).
• ໃສ່ HCl ຫຼື NaOH ທີ່ເພີ່ມເຂົ້າໄປໃນສົມຜົນເຮັນເດີສັນ–ຮາສເຊລບາລ໌ຄກ່ອນເຮັດຂັ້ນຕອນການສະເທີນ.
• ໃຊ້ pKb ແທນ pKa ສຳລັບບັບເຟີແອມໂມເນຍ. ປ່ຽນດ້ວຍ pKa + pKb = 14.00 ທີ່ 25 °C.
• ປົນໂມນຂອງຄູ່ຮ່ວມໜຶ່ງກັບຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອີກຢ່າງເມື່ອມັນຢູ່ໃນປະລິມານທີ່ຕ່າງກັນ.
• ຖືວ່າບັບເຟີຍັງເຮັດວຽກຫຼັງຈາກກົດ ຫຼື ເບດທີ່ເພີ່ມເຂົ້າໄປເກີນປະລິມານຂອງຄູ່ຮ່ວມໜຶ່ງ.
• ຖືກົດອ່ອນຢ່າງດຽວ, ຫຼື ກົດອ່ອນກັບກົດແກ່, ເປັນບັບເຟີ.