Pufry a titrace
Přihlásit se
Pufry a titrace (5/17) · 10:44

Pufrační kapacita Mezi důležité vlastnosti pufru patří především jeho kapacita. Ta nám říká, kolik můžeme přidat kyseliny nebo zásady aniž bychom tím změnili pH roztoku.

Navazuje na Kyseliny a zásady.
Pojďme se pobavit o pufrační kapacitě. Pufrační kapacita je vlastnost pufru, která vám říká, kolik kyseliny nebo zásady můžete přidat, dokud nedojde k změně pH. V podstatě, když pufrační kapacita, kterou budu zkracovat na PK, když pufrační kapacita roste, můžete přidat více kyseliny nebo zásady, než dojde k výrazné změně pH. Možná se to zdá trochu neurčitou a kvalitativní definicí, takže se pojďme podívat na příklad, abychom věděli, o co přesně jde. Příklad, na který se podíváme, bude na použití acetátového pufru. Takže octová kyselina je CH₃COOH. A budeme ji v tomhle videu zkracovat na HA. A toto je vodný roztok, který vratně reaguje a tvoří H⁺ a CH₃COO⁻, neboli acetát. A acetát budeme v tomto videu zkracovat na A⁻. Takže, další informace k tomto konkrétním pufru. Kₐ octové kyseliny je rovno 1,8 krát 10 na -5. A pokud vezmeme záporný dekadický logaritmus, dá nám to pKₐ, které se nám také hodí. A pKₐ octové kyseliny je 4,74. Takže to nám říká něco o chování tohoto pufru. Poslední věc, kterou musíme vědět pro odhad chování našeho pufru je, jaký je poměr mezi HA a A⁻. Takže se podíváme na tento pufr, kde A⁻ ku HA, tento poměr, je roven 1,82. Na základě tohoto poměru můžeme spočítat pH. Jaké bude původní pH pufru? Předtím, než s ním cokoliv uděláme, tedy před přidáním kyseliny nebo zásady. Původní pH našeho pufru můžeme spočítat s použitím Hendersonovy-Hasselbalchovy rovnice. Tato rovnice nám říká, že pH je rovno pKₐ plus logaritmus koncentrace A⁻ neboli acetátu, dělené koncentrací kyseliny octové. A pokud si nejste 100% jistí použitím této rovnice, nebo chcete vědět, kde se vzala, máme zvláštní videa přímo na toto téma, takže doporučuji se na ně podívat. V tomto videu budeme tuto rovnici přímo používat. Takže pokud dosadíme naše hodnoty sem, dostaneme, že původní pKₐ je rovno 4,74 plus logaritmus z 1,82, což je zadaný poměr mezi A⁻ a HA. Takže víme, že původní pH je rovno 5,00. Pojďme se teď podívat na dva různé pufry. Oba dva budou tvořeny kyselinou octovou a acetátem. A budeme jim říkat pufr 1 a pufr 2. Pufr 1 má poměr A⁻ ku HA roven 1,82 jako minule. Takže pH tohoto pufru bude 5. A koncentrace A-, předtím, než cokoli uděláme, než cokoli přidáme, je 0,9 molů na decimetr krychlový. Koncentrace HA bude 0,49 molů na decimetr krychlový. Druhý pufr, se kterým budeme ten první porovnávat, jsme nazvali pufr 2. A pufr 2 má také stejný poměr kyseliny a zásady, jenže tentokrát budou obě koncentrace 10 krát menší než u pufru 1. Takže koncentrace A⁻ bude 0,09 molů na decimetr krychlový, a koncentrace kyseliny octové bude 0,049 molů na decimetr krychlový. A teď budeme sledovat, co se stane s pH obou těchto pufrů. Takže oba začínají na pH rovno 5. Ale jak moc se změní, když přidáme 0,04 moly silné zásady, tedy hydroxidu sodného, do jednoho litru pufru. Takže pokud to uděláme, no, je to pufr. Víme, že odolá změně pH. Ale co přesně se stane? Jaká reakce proběhne, když uděláme toto? Když přidáte silnou zásadu, která disociuje za tvorby OH⁻, bude reagovat s kyselinou ve vašem pufru. Takže naše kyselina je CH₃COOH. A vždy předpokládáme, že silná zásada bude reagovat nevratně. Takže jednoduchá šipka se slabou kyselinou. Co se tedy stane? Proton bude reagovat s OH⁻ a dostaneme H₂O, tedy vodu. A vznikne CH₃COO⁻. A to je naše báze. Takže vídíme, že hydroxid bude reagovat v poměru 1:1 s naší slabou kyselinou a vytvoří jeden ekvivalent naší zásady. Tuto informaci teď můžeme využít k výpočtu, který nám prozradí, co se stane s naším pufrem, když přidáme 0,04 molů hydroxidu sodného. Stane se to, že bude reagovat s naší kyselinou. Což znamená, že koncentrace kyseliny octové se sníží o 0,04 molů na decimetr krychlový. Naše nová koncentrace po zreagování bude 0,45 molů na decimetr krychlový. Omlouvám se, snažila jsem se to vypočítat z hlavy. A co se stane s koncentrací zásady? Vzpomeňte si, že kyselina reaguje s hydroxidem sodným vlastně vytvoříme více zásady, Takže musíme zvýšit koncentraci A⁻. Vznikne vlastně 0,04 molů na decimetr krychlový acetátu, když tato reakce proběhne. Takže naše nová koncentrace acetátového iontu je 0,94 molů na decimetr krychlový. Takže to jsou naše konečné koncentrace. Teď je tedy můžeme dosadit zpátky do Henderson-Hasselbalchovy rovnice. Takže pH pufru 1, dám zde malý index 1, bude 4,74, což je pKₐ, plus logaritmus z 0,94 molů na decimetr krychlový děleno 0,45 molů na decimetr krychlový. A pokud to dáme do kalkulačky, zjistíme, že pH po přídání hydroxidu je 5,06. Takže je lehce vyšší. Zvýšilo se o 0,06. To dává smysl. Tipli bychom si, že bude vyšší. Pokud přidáte zásadu, stane se bazičtější a pH by mělo vzrůst. Ale nezměnilo se tak moc, protože jde o pufr. Teď to porovnejme se situací u pufru 2. Přidáme 0,04 molů hydroxidu sodného k pufru 2. Koncentrace kyseliny octové klesne o 0,04 molů na decimetr krychlový. Takže nová koncentrace je 0,009 decimetrů krychlový. Tou samou reakcí vzroste koncentrace naší zásady, Když totiž kyselina reaguje, vzniká konjugovaná zásada. Takže přidáme 0,04 molů na decimetr krychlový. ke koncentraci A⁻. Takže nová koncentrace bude 0,13 molů na decimetr krychlový. A tyto koncentrace můžeme dosadit do Henderson-Hasselbalchovy rovnice a zjistíme, že pH našeho pufru 2 je rovno 4,74, což je pKₐ, plus logaritmus z 0,13 molů na decimetr krychlový dělený 0,009 molů na decimetr krychlový. A to máme, pokud to zadáme do kalkulačky, rovno 1,16. Takže když to přidáme k našemu pKa, dostaneme, že nové pH je teď 5,9. Takže pH se změnilo o dost víc v pufru 2, než tomu bylo u pufru 1. pH vzrostlo o 0,9 narozdíl od 0,06. Takže pokud srovnáme pufrační kapacitu pro oba tyto pufry, řekli bychom, že pufr 1... ...pufr 1 se změní méně, když přidáte stejné množství kyseliny nebo zásady. Takže pufr 1 má vyšší pufrační kapacitu. A protože nechceme, aby tyto koncentrace A⁻ a HA byly příliš nízké, obecné pravidlo je, že koncentrace HA a A⁻ by měly být mezi 0,1 a 1,0 moly na decimetr krychlový. A pokud dodržíte toto pravidlo, můžete vytvořit pufr, kde se nemusíte příliš obávat přídavku více kyseliny nebo zásady, a tedy změny pH. Protože tomu má pufr zabránit.
video