ප්‍රතිරෝධක: දුබල අම්ලයක් සහ එහි සංයුග්මී භස්මය pH ස්ථාවරව තබා ගන්නා ආකාරය

එක් එක් තර්ජනය උදාසීන කරන හවුල්කරුවන් දෙදෙනෙක්

ඇසිටික් අම්ලය, CH₃COOH, සහ CH₃COO⁻ සපයන සෝඩියම් ඇසිටේට් මිශ්‍රණයක් ගන්න. ප්‍රබල අම්ලයක් එකතු කළහොත්, ඇසිටේට් අයනය අමතර ප්‍රෝටෝන ලබා ගනී: CH₃COO⁻ + H₃O⁺ → CH₃COOH + H₂O. ප්‍රබල භස්මයක් එකතු කළහොත්, ඇසිටික් අම්ලය එය උදාසීන කරයි: CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O.

ප්‍රතික්‍රියා දෙකම ප්‍රායෝගිකව සම්පූර්ණ වන බැවින්, එකතු කළ ප්‍රබල අම්ලය හෝ භස්මය දුබල හවුල්කරුගේ වැඩි ප්‍රමාණයක් බවට පරිවර්තනය වේ. අම්ලයට භස්ම අනුපාතය වෙනස් වන බැවින් pH තවමත් චලනය වුවද, එය සුළු වශයෙන් පමණි. තනි දුබල අම්ල ද්‍රාවණයකට එකතු කළ අම්ලය අවශෝෂණය කිරීමට සංයුග්මී භස්මයක් බොහෝ දුරට නොමැති බැවින් එයට මෙය කළ නොහැක.

පොදු ප්‍රතිරෝධක යුගල අතර ඇසිටේට් සමඟ ඇසිටික් අම්ලය, ඇමෝනියා සමඟ ඇමෝනියම්, හයිඩ්‍රජන් පොස්ෆේට් සමඟ ඩයිහයිඩ්‍රජන් පොස්ෆේට්, සහ හයිඩ්‍රජන් කාබනේට් සමඟ කාබොනික් අම්ලය ඇතුළත් වේ. OpenStax 14.6 කොටස විස්තර කරන පරිදි, අවසාන යුගලය මිනිස් රුධිරය pH 7.4 ආසන්නයේ තබා ගැනීමට උපකාරී වේ.

Ka ප්‍රකාශනයෙන් හෙන්ඩර්සන්–හැසල්බාල්ක් ව්‍යුත්පන්න කිරීම

Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] වලින් ආරම්භ කර හයිඩ්‍රෝනියම් සඳහා විසඳන්න: [H₃O⁺] = Ka × [HA]/[A⁻]. pH = pKa + log([A⁻]/[HA]) ලබා ගැනීමට දෙපැත්තේම −log ගන්න. මෙය හෙන්ඩර්සන්–හැසල්බාල්ක් සමීකරණයයි.

ප්‍රතිරෝධකයක, HA සහ A⁻ යන දෙකම සැලකිය යුතු ප්‍රමාණ වලින් පවතින අතර, එක් එක් ඒවා අනෙකාගේ ජලය සමඟ ප්‍රතික්‍රියාව මර්දනය කරයි. එබැවින් ඒවායේ සමතුලිත සාන්ද්‍රණ ඔබ මිශ්‍ර කළ ප්‍රමාණ වලට බොහෝ දුරට සමාන වේ. ICE වගුවකින් තොරව සකස් කළ සාන්ද්‍රණ කෙලින්ම සමීකරණයට දැමිය හැක්කේ එබැවිනි.

හවුල්කරුවන් දෙදෙනාම එකම පරිමාවේ පවතින බැවින්, සාන්ද්‍රණ අනුපාතය මවුල අනුපාතයට සමාන වේ. ඔබට මවුල කෙලින්ම භාවිත කළ හැකි අතර, එය අම්ලය හෝ භස්මය එකතු කළ පසු පියවරක් ඉතිරි කරයි.

• [A⁻] = [HA] වන විට, log පදය ශුන්‍ය වන අතර pH = pKa.
• භස්ම-අම්ල අනුපාතයේ සෑම දස ගුණ වැඩි වීමක්ම pH එක් ඒකකයකින් ඉහළ නංවයි.
• අම්ලයට වඩා වැඩි සංයුග්මී භස්මයක් pKa ට ඉහළ pH අගයක් ලබා දෙයි; වැඩි අම්ලයක් එයට පහළ pH අගයක් ලබා දෙයි.

විසඳූ උදාහරණය: ඇසිටේට් ප්‍රතිරෝධකයක pH

ප්‍රතිරෝධකයක 0.300 M CH₃COOH සහ 0.250 M CH₃COONa අඩංගු වේ. ඇමුණුම H Ka = 1.8 × 10⁻⁵ ලබා දෙන බැවින්, pKa = 4.745. එවිට pH = 4.745 + log(0.250/0.300) = 4.745 − 0.079 = 4.67.

වටයා නොගත් pKa අවසානය දක්වා රැගෙන යන්න. පළමුව එය 4.74 දක්වා වටයීමෙන් 4.66 ලැබේ. වෙනස සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකක Ka එකක අවිනිශ්චිතතාව තුළ පවතින නමුත්, අවසානයේ එක් වරක් වටයීම ඔබේ පිළිතුරු පිළිතුරු පත්‍රයක් සමඟ අනුකූලව තබා ගනී. භස්මයට වඩා අම්ලය මඳක් වැඩි බැවින්, අපේක්ෂා කළ පරිදිම pH, pKa ට මඳක් පහළින් ඇත.

විසඳූ උදාහරණය: ප්‍රබල අම්ලය එකතු කිරීම, ඉන්පසු ප්‍රබල භස්මය

ඉහත ප්‍රතිරෝධකයේ 1.00 L කට HCl 0.0200 mol එකතු කරන්න. පළමුව උදාසීනකරණය ස්ටොයිකියෝමිතික පියවරක් ලෙස කරන්න: H₃O⁺ ඇසිටේට් 0.0200 mol ඇසිටික් අම්ලය බවට පරිවර්තනය කරයි. ඇසිටික් අම්ලය 0.300 සිට 0.320 mol දක්වා ඉහළ යන අතර ඇසිටේට් 0.250 සිට 0.230 mol දක්වා අඩු වේ. එවිට pH = 4.745 + log(0.230/0.320) = 4.60. pH 4.67 සිට 4.60 දක්වා, ඒකකයෙන් දහයෙන් එකකටත් වඩා අඩුවෙන් පහත වැටුණි.

එම HCl 0.0200 mol ම පිරිසිදු ජලය 1.00 L කට එකතු කිරීමෙන් [H₃O⁺] = 0.0200 M සහ pH 1.70 ලැබෙනු ඇති අතර, එය උදාසීන අගයේ සිට ඒකක පහකට වඩා වැඩි පහත වැටීමකි.

දැන් මුල් ප්‍රතිරෝධකයේ නැවුම් 1.00 L කට NaOH 0.0500 mol එකතු කරන්න. හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් ඇසිටික් අම්ලය 0.0500 mol ඇසිටේට් බවට පරිවර්තනය කරන අතර, අම්ලය 0.250 mol සහ භස්මය 0.300 mol ඉතිරි කරයි. pH = 4.745 + log(0.300/0.250) = 4.82, එය 4.67 සිට 0.2 ට අඩු ඉහළ යාමකි. පිරිසිදු ජලයේදී එම NaOH ම pH 12.70 ලබා දෙනු ඇත.

එම තර්කයම අර්ධ උදාසීනකරණයෙන් ප්‍රතිරෝධකයක් සෑදීමට ඔබට ඉඩ සලසයි. ඇසිටික් අම්ලය 0.0400 mol ක් NaOH 0.0150 mol ක් සමඟ මිශ්‍ර කිරීමෙන් අම්ලය 0.0250 mol සහ ඇසිටේට් 0.0150 mol ඉතිරි වන බැවින්, අවසාන පරිමාව කුමක් වුවත්, pH = 4.745 + log(0.0150/0.0250) = 4.52.

ඉලක්ක pH අගයක් සඳහා ප්‍රතිරෝධකයක් සැලසුම් කිරීම

පළමුව ඔබට අවශ්‍ය pH අගයෙන් එක් ඒකකයක් ඇතුළත pKa ඇති සංයුග්මී යුගලයක් තෝරා ගන්න. ඉන්පසු අනුපාතය සොයා ගැනීමට හෙන්ඩර්සන්–හැසල්බාල්ක් පසුපසට භාවිත කර, අනුපාතය ප්‍රමාණ බවට හැරවීමට ස්ටොයිකියෝමිතිය භාවිත කරන්න.

විසඳූ උදාහරණය. 0.200 M ඇමෝනියා 500.0 mL කින් ඝන ඇමෝනියම් ක්ලෝරයිඩ් එකතු කිරීමෙන් pH 9.50 ප්‍රතිරෝධකයක් සකස් කරන්න. අම්ල හවුල්කරු NH₄⁺ වේ. ඇමුණුම I වලින්, Kb(NH₃) = 1.8 × 10⁻⁵, එබැවින් pKb = 4.745 සහ pKa(NH₄⁺) = 14.00 − 4.745 = 9.255. අවශ්‍ය අනුපාතය [NH₃]/[NH₄⁺] = 10 හි (9.50 − 9.255) බලය = 1.76.

ප්ලාස්කුවේ 0.5000 L × 0.200 mol/L = NH₃ 0.100 mol ක් ඇති බැවින්, එයට NH₄⁺ 0.100 / 1.76 = 0.0569 mol අවශ්‍ය වේ. M(NH₄Cl) = 53.49 g/mol සමඟ, එය ඇමෝනියම් ක්ලෝරයිඩ් ආසන්න වශයෙන් 3.0 g වන අතර, Kb ට සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකක් ඇති බැවින් දෙකකට වාර්තා කර ඇත. ප්‍රායෝගිකව ඔබ ඉන්පසු ක්‍රමාංකනය කළ මීටරයකින් pH පරීක්ෂා කර සකස් කරනු ඇත.

ප්‍රතිරෝධක ධාරිතාව සහ ප්‍රයෝජනවත් pH පරාසය

ප්‍රතිරෝධක පරාසය යනු ප්‍රතිරෝධකයක් හොඳින් ක්‍රියා කරන pH පරාසයයි. 10:1 හෝ 1:10 අනුපාතයක් pH = pKa ± 1 ට අනුරූප වන අතර, එම පරාසයෙන් පිටත එක් හවුල්කරුවෙකු තවත් බොහෝ අම්ල හෝ භස්ම අවශෝෂණය කිරීමට තරම් නොමැත. ඇසිටේට් ප්‍රතිරෝධක ආසන්න වශයෙන් pH 3.7 සිට 5.7 දක්වාද, ඇමෝනියා ප්‍රතිරෝධක ආසන්න වශයෙන් 8.3 සිට 10.3 දක්වාද ප්‍රයෝජනවත් වේ.

ප්‍රතිරෝධක ධාරිතාව යනු ප්‍රතිරෝධකයක pH බෙහෙවින් වෙනස් වීමට පෙර එයට අවශෝෂණය කළ හැකි අම්ල හෝ භස්ම ප්‍රමාණයයි. එය රඳා පවතින්නේ ඒවායේ අනුපාතය මත පමණක් නොව එක් එක් හවුල්කරු කොපමණ ප්‍රමාණයක් පවතීද යන්න මතය. සමාන අම්ල සහ භස්ම සහිත, එක එකක් 1.00 L වන ඇසිටේට් ප්‍රතිරෝධක දෙකක් සසඳන්න. දෙකම pH = pKa = 4.74 හිදී ආරම්භ වේ. එක එකක 0.100 M සමඟ, HCl 0.00500 mol එකතු කිරීම pH 0.04 කින් අඩු කර 4.70 කරයි. එක එකක 0.0100 M සමඟ, එම එකතු කිරීමම එය ඒකකයෙන් අඩකට ආසන්න ප්‍රමාණයකින් අඩු කර 4.27 කරයි. අනුපාතය සමාන වුවද, තනුක ප්‍රතිරෝධකයට තිබුණේ ධාරිතාවෙන් දහයෙන් එකකි.

එකතු කළ අම්ලය හෝ භස්මය එක් හවුල්කරුවෙකු සම්පූර්ණයෙන්ම පරිභෝජනය කළ විට ප්‍රතිරෝධකයක් අවසන් වේ. ඉන් පසු, pH තීරණය වන්නේ අතිරික්ත ප්‍රබල අම්ලයෙන් හෝ භස්මයෙන් වන අතර, එය තියුණු ලෙස වෙනස් වේ.

ප්‍රතිරෝධක පිළිතුරක් වැරදි කරවන වැරදි

ප්‍රතිරෝධක ගැටලු තර්කන වර්ග දෙකක් මිශ්‍ර කරයි: උදාසීනකරණය සඳහා ස්ටොයිකියෝමිතිය සහ pH සඳහා සමතුලිතතාව. ඒවා එම අනුපිළිවෙලින් තබා ගන්න.

• අනුපාතය උඩු යටිකුරු කර ලිවීම. එය අම්ලය මත භස්මයයි: log([A⁻]/[HA]).
• උදාසීනකරණ පියවර කිරීමට පෙර එකතු කළ HCl හෝ NaOH හෙන්ඩර්සන්–හැසල්බාල්ක් සමීකරණයට දැමීම.
• ඇමෝනියා ප්‍රතිරෝධකයක් සඳහා pKa වෙනුවට pKb භාවිත කිරීම. 25 °C හිදී pKa + pKb = 14.00 සමඟ පරිවර්තනය කරන්න.
• හවුල්කරුවන් වෙනස් පරිමාවල ඇති විට එක් හවුල්කරුවෙකු සඳහා මවුල සහ අනෙකා සඳහා සාන්ද්‍රණය මිශ්‍ර කිරීම.
• එකතු කළ අම්ලය හෝ භස්මය එක් හවුල්කරුවෙකුගේ ප්‍රමාණය ඉක්මවූ පසුත් ප්‍රතිරෝධකයක් ක්‍රියා කරයි යැයි උපකල්පනය කිරීම.
• දුබල අම්ලයක් පමණක්, හෝ ප්‍රබල අම්ලයක් සමඟ දුබල අම්ලයක්, ප්‍රතිරෝධකයක් ලෙස සැලකීම.