Μάθημα : Χημεία Προσανατολισμού - Κεφάλαιο 5 (Μέρος H')

Κωδικός : 1251060386

Χημεία Προσανατολισμού - Κεφάλαιο 5 (Μέρος H')

1251060386  -  ΜΙΧΑΗΛ ΣΜΑΡΑΓΔΑΚΗΣ

Ενότητες - Παρασκευή Ρυθμιστικών Διαλυμάτων

Παρασκευή Ρυθμιστικών Διαλυμάτων

Ρυθμιστικά Διαλύματα ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Σχεδόν πάντα φροντίζουμε σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα οι δυο συζυγείς μορφές να είναι σε αναλογία 1:1 ώστε το pH να είναι ρυθμισμένο στην τιμή pH=pKa, και το διάλυμα να έχει τη μέγιστη ρυθμιστική ικανότητα (εξίσου προστετευμένο από προσθήκη οξέος και βάσης). Κάτι τέτοιο δεν είναι κανόνας βέβαια, αλλά προτιμάται ως η ιδανική περίπτωση. Με δεδομένο ότι στο διάλυμα πρέπει να υπάρχουν οι δυο μορφές ενός συζυγούς ζεύγους ασθενών ηλεκτρολυτών, υπάρχουν τρεις τρόποι για την παρασκευή του:

Α. Με ανάμιξη ουσιών που είναι ή περιέχουν τις δυο αυτές μορφές (ιδανικά σε αναλογία 1:1)

Π.χ.      ανάμιξη CH3COOH και CH3COONa (που διήσταται προς CH3COO-)

            ανάμιξη ΝΗ3 και ΝΗ4Br (που διήσταται προς NH4+)

            ανάμιξη ΝaH2PO­4 (που διήσταται προς H2PO­4-) και Νa2HPO­4 (που διήσταται προς HPO­4-2)

            ανάμιξη ΝaΗCO­3 (που διήσταται προς HCO­3-) και Νa2CO­3 (που διήσταται προς CO­3-2)

B. Με ανάμιξη της όξινης μορφής με ισχυρή βάση (ιδανικά σε αναλογία 2:1)

Π.χ.      ανάμιξη CH3COOH και NaΟΗ (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό οξύ σε CH3COO-)

            ανάμιξη NH4Cl και NaΟΗ (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό NH4+ σε ΝΗ3)

            ανάμιξη ΝaH2PO­4 (που διήσταται προς H2PO­4-) και NaOH (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό H2PO­4- σε HPO­4-2)

ανάμιξη ΝaΗCO­3 (που διήσταται προς HCO­3-) και NaOH (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό HCO­3- σε CO­3-2)

Γ. Με ανάμιξη της βασικής μορφής με ισχυρό οξύ (ιδανικά σε αναλογία 2:1)

Π.χ.      ανάμιξη CH3COONa και ΗCl (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό CH3COO- σε CH3COOH)

            ανάμιξη ΝΗ3 και ΗCl (που αντιδρά μετατρέποντας τη μισή βάση σε NH4+)

            ανάμιξη Νa2HPO­4 (που διήσταται προς H2PO­4-) και HCl (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό HPO­4-2 σε H2PO­4-)

ανάμιξη Νa2CO­3 (που διήσταται προς CO­3-2) και HCl (που αντιδρά μετατρέποντας το μισό CO­3-2 σε HCO­3-)

 

Μια σημαντική παρατήρηση που πρέπει να μην ξεχνάμε όταν έχουμε προσθήκη βάσης σε διάλυμα με περισσότερα του ενός οξέα, αυτή θα αντιδράσει πρώτα με το ισχυρότερο από αυτά και αν είναι σε περίσσεια θα αρχίσει να αντιδρά με το επόμενο σε ισχύ. Το ίδιο ισχύει κατά την προσθήκη οξέος σε διάλυμα με πολλές βάσεις, αντιδρά με την ισχυρότερη κατά προτεραιότητα.

 

Παράδειγμα:

Σε 400ml διαλύματος H2SO3 0,25Μ (διπρωτικό οξύ με pKa1 = 1,9 και pKa2 = 7,2) γίνεται προσθήκη 100ml δ/τος ΝaOH 1,5M, οπότε προκύπτει το διάλυμα Α. Το Α στη συνέχεια αραιώνεται σε 10πλάσιο όγκο και προκύπτει το διάλυμα Β. Να υπολογιστεί το pH των Α και Β.

Λύση:

Υπολογίζουμε τα mol για τα αρχικά διαλύματα:

nH2SO3 = 0,4 x 0,25 = 0,1 mol                        nNaOH = 0,1 x 1,5 = 0,15 mol

Οι ουσίες αντιδρούν σύμφωνα με την εξίσωση:

                                          H2SO3       +   ΝaΟΗ     ⟶     Νa+    +     HSO3-     + H2O

                            Aρχ.      0,1mol         0,15mol               -                  -

                  Aντ./Παρ.     -0,1mol          -0,1mol           +0,1mol    +0,1mol                     

                            Tελ.             -               0,05mol          0,1mol       0,1mol

Και στη συνέχεια:

                                          HSO3-       +   ΝaΟΗ     ⟶     Νa+    +     SO3-2     + H2O

                            Aρχ.      0,1mol         0,05mol           0,1mol                 -

                  Aντ./Παρ.    -0,05mol       -0,05mol         +0,05mol  +0,05mol                     

                            Tελ.       0,05mol            -                0,15mol       0,05mol

Vτελ=500ml :                   = 0,1Μ                                                          =0,1Μ

Στο διάλυμα μας υπάρχει το συζυγές ζεύγος HSO3- και SO3-2 σε σημαντική συγκέντρωση (0,1Μ το καθένα), επομένος το διάλυμα είναι ρυθμιστικό. Οπότε από την εξίσωση Hendelson – Hasselbach και καθώς οι συγκεντρώσεις είναι ίσες, ισχύει: pH = pKa2 εφόσον στο ζεύγος το οξύ είναι το HSO3- άρα pHΑ = 7,2.

Καθώς το διάλυμα είναι ρυθμιστικό, κατά την αραίωση το pH δεν μεταβάλλεται (απαιτείται πολύ μεγαλύτερη αραίωση) οπότε και pHB = 7,2.