Bufory

[Rosaline]

Mam kilka wątpliwości związanych z buforami, w dostępnych mi źródłach niczego nie znalazłam, sama wydedukowałam rozwiązania, ale nie wiem, czy są dobre. Na pytania 2 i 3 nie znam odpowiedzi.

Czy mógłby mi ktoś podpowiedzieć? Kolokwium za niedługo.

Pytania:
1. Opisz wpływ stężenia roztworu na stężenie jonów wodorowych w mieszaninie buforowej – wraz ze wzrostem stężenia roztworu, maleje stężenie jonów H+ w mieszaninie buforowej?
2. Wyjaśnij, czy zdolność buforowania kwasów i zasad buforu octanowego o pH=5,5 różni się i dlaczego?
3. Porównaj zdolność buforowania kwasów i zasad przez bufor octanowy o pH=5 i pK=4,8.
4. Od czego zależy pH mieszaniny buforowej? Od ilości jonów wodorowych w tej mieszaninie - im jest ich więcej, tym pH mieszaniny buforowej będzie niższe?

[Giardia Lamblia]

1. Opisz wpływ stężenia roztworu na stężenie jonów wodorowych w mieszaninie buforowej – wraz ze wzrostem stężenia roztworu, maleje stężenie jonów H+ w mieszaninie buforowej?

Nie.

1.gif (1.13 KiB) Przejrzano 1395 razy

Zastanów się - odnosząc się do równania - jak zmienia się pH roztworu wraz z jego rozcieńczaniem/zatężaniem.

Jeżeli mamy bufor octanowy, to zasadą są jony CH₃COO^- (np. pochodzące z octanu sodu), a kwasem CH₃COOH.

2. Wyjaśnij, czy zdolność buforowania kwasów i zasad buforu octanowego o pH=5,5 różni się i dlaczego?

Podstaw do powyższego równania wartość pH i wylicz stosunek stężeń obydwu czynnych składników buforu (tych, które odpowiadają za buforowanie). Następnie zastanów się, jak ta dysproporcja wpływa na różnicę w zdolności buforowania kwasu i zasady (jednego zbuforuje nam więcej, a drugiego mniej).

Jeżeli nie jest jasne - napisz sobie równania reakcji.

3. Porównaj zdolność buforowania kwasów i zasad przez bufor octanowy o pH=5 i pK=4,8.

J.w

4. Od czego zależy pH mieszaniny buforowej? Od ilości jonów wodorowych w tej mieszaninie - im jest ich więcej, tym pH mieszaniny buforowej będzie niższe?

Jakby pytanie brzmiało od czego zależy pH roztworu - ok. Jednak pytają się o bufory, czyli już o konkretne związki.
pH buforu zależy od stosunku stężeń zasady do kwasu (oraz od mocy kwasu wchodzącego w skład buforu).

[Rosaline]

Pierwsze rozumiem (chyba), bo kiedy zatężamy roztwór, logarytm rośnie, pH i stężenie jonów wodorowych rośnie. Podczas rozcieńczania pH się zmniejsza, a stężenie H⁺ maleje. Tak?

Drugie i trzecie niejasne, mimo, że rozpisałam reakcje:
CH₃COOH + OH^- CH₃COO^- + H₂O
CH₃COO^- + H⁺ CH₃COOH

po podstawieniu do wzoru:
5,5 = pKa + ?

Na chłopski rozum pH=5,5 mówi, że więcej jest jonów wodorotlenowych niż wodorowych, więc więcej jest CH₃COO^-, które będą wyłapywały H⁺ w większej ilości niż CH₃COOH wyłapie OH^-. Więc zdolność buforowania kwasów jest większa niż zasad, tak?

I jeszcze pytanie, które nie wiem dlaczego pominęłam w pierwszym poście: z czego wynika fakt, że zakres stosowalności buforów wynosi około 1 jednostki pH w pobliżu do pKa? Wszędzie piszą, że tak jest, ale nigdzie - dlaczego.

[Giardia Lamblia]

Pierwsze rozumiem (chyba), bo kiedy zatężamy roztwór, logarytm rośnie, pH i stężenie jonów wodorowych rośnie. Podczas rozcieńczania pH się zmniejsza, a stężenie H+ maleje. Tak?

Nie. C = n/V. n jest stałe podczas całego procesu dodawania/odparowywania rozpuszczalnika (wody). Zmienia się V (objętość).

C_zasady = n_zasady/V
C_kwasu = n_kwasu/V

Jak widzisz V jest wspólne dla obydwu (są w tym samym roztworze). W związku z tym stosunek stężenia kwasu do zasady (lub zasady do kwasu) nie zmienia się podczas rozcieńczania/zatężania roztworu. Jeżeli nie zmienia nam się C_zasady / C_kwasu, to pH (zgodnie z równaniem) również się nie zmienia.

Drugie i trzecie niejasne, mimo, że rozpisałam reakcje:
CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O
CH3COO- + H+ CH3COOH

Jeżeli mamy więcej kwasu octowego niż anionów octanowych, to roztwór przyjmie proporcjonalnie więcej jonów OH^- (zasady) niż kationów hydroniowych (kwasu) bez zmiany pH (zakres buforowania).

Powiedzmy, że masz w buforze 2 mole CH3COOH i 0,1 mola CH3COO^-CH3COO^-. Roztwór taki zbuforuje znacznie więcej zasady (OH^-) niż kwasu (H₃O⁺).

5,5 = pKa + ?

1.gif (713 Bajtów) Przejrzano 1396 razy

Po wyliczeniu

2.gif (358 Bajtów) Przejrzano 1396 razy

Mamy 5x więcej zasady niż kwasu. Wobec tego roztwór tego buforu ma znacznie większą zdolność buforowania kwasu niż zasady.

Na chłopski rozum pH=5,5 mówi, że więcej jest jonów wodorotlenowych niż wodorowych, więc więcej jest CH3COO-, które będą wyłapywały H+ w większej ilości niż CH3COOH wyłapie OH-. Więc zdolność buforowania kwasów jest większa niż zasad, tak?

Cóż, nie. pH = 5,5 świadczy o tym, ze mamy pH kwasowe. W wypadku buforów nic nam to nie mówi o tym, czy więcej jest części kwasowej, czy też zasadowej buforu. Jeżeli miałabyś roztwór H₃PO₄ o pH = 5,5, to czy logiczne jest dla Ciebie jakich jonów jest najwięcej? Bez znajomości stałych dysocjacji obawiam się, że możesz jedynie strzelić.

Najlepiej przyrównywać pH do mocy kwasu, ale to już do tłumaczenia trochę bardziej skomplikowane, a w każdym opracowaniu o buforach musi być o tym wspomniane.

I jeszcze pytanie, które nie wiem dlaczego pominęłam w pierwszym poście: z czego wynika fakt, że zakres stosowalności buforów wynosi około 1 jednostki pH w pobliżu do pKa? Wszędzie piszą, że tak jest, ale nigdzie - dlaczego.

Nie dotyczy to wszystkich buforów i jest to dość duże uproszczenie. Po prostu dodając taką ilość kwasu/zasady (wchodząc od stanu pH = pKa), która zmieni nam wartość pH o 1, w całości pozbędziemy się z roztworu buforu części kwasowej/zasadowej. Wynika to z równania Hendersona-Hasselbalcha.

3.gif (1.13 KiB) Przejrzano 1396 razy

Na konkretnym przykładzie:

Jeżeli pH - pKa = 1, to

4.gif (406 Bajtów) Przejrzano 1396 razy

Czyli mamy 10x więcej zasady niż kwasu. W związku tym z tym zdolność buforowania zasady (jonów OH^-) została praktycznie wyczerpana.

[Rosaline]

pH (zgodnie z równaniem) również się nie zmienia.

ale dałam się podejść.

Więc stężenie roztworu nie ma wpływu na stężenie jonów wodorowych buforu? Podpucha jakaś?

Jeżeli mamy więcej kwasu octowego niż anionów octanowych, to roztwór przyjmie proporcjonalnie więcej jonów OH- (zasady) niż kationów hydroniowych (kwasu) bez zmiany pH (zakres buforowania).

Powiedzmy, że masz w buforze 2 mole CH3COOH i 0,1 mola CH3COO-CH3COO-. Roztwór taki zbuforuje znacznie więcej zasady (OH-) niż kwasu (H3O+).

Rozumiem, ale co daje nam podana wartość pH w zad. 2?
Mamy tylko jedną daną".

Trzecie już ogarniam!

[Giardia Lamblia]

Więc stężenie roztworu nie ma wpływu na stężenie jonów wodorowych buforu? Podpucha jakaś?

Jasne, że jakieś tam różnice będą, nie tylko ze względu na to. Jednakże równanie wystarcza nam do przewidywania pH.

Rozumiem, ale co daje nam podana wartość pH w zad. 2?
Mamy tylko jedną daną".

Przecież zad 2 już rozwiązane pH umożliwia Ci obliczenie stosunku stężeń zasady do kwasu (wiesz, czego jest więcej).

Tak, różni się, bo masz więcej anionów octanowych niż kwasu (policzyłaś dzięki zajomości pH) w związku z czym możesz zbuforować H₃O⁺ niż OH^-

[Rosaline]

Przecież zad 2 już rozwiązane

Dramat te bufory, ale teraz ogarnęłam.
Dziękuję bardzo!