Magnus Ehingers undervisning

Videogenomgång (flippat klassrum)

Buffertar fungerar som stötdämpare

Vad är en buffert?

• "stötdämpare" för förändringar i H⁺-koncentrationen

Hur gör man en buffert?

• Blandar en svag syra + dess motsvarande (svaga) bas, i relativt höga koncentrationer

Exempel

• HAc – Ac^–
• \({\sf \text{NH}_4^+}\) – NH₃
• H₂CO₃ – \({\sf \text{HCO}_3^-}\) (viktig i våra kroppar!)

Hur en buffert funkar (enligt Le Chateliers princip)

(a) Buffertsystemet är i jämvikt. (b) En liten mängd syra (H+) sätts till lösningen. Jämvikten rubbas, och går åt vänster (enligt Le Chateliers princip). (c) När systemet åter nått jämvikt är koncentrationen H+ åter ungefär lika låg som innan.

(a) Buffertsystemet är i jämvikt. (b) En liten mängd bas (OH–) sätts till lösningen. Den reagerar med H⁺ och bildar vatten, vilket gör att [H+] sjunker. Jämvikten rubbas, och går åt höger (enligt Le Chateliers princip). (c) När systemet åter nått jämvikt är koncentrationen H+ åter ungefär lika hög som innan.

Beräkning av pH i en buffertlösning

0,10 mol HAc och 0,10 mol NaAc löses i vatten, och spädes till 1,00 l. \(K_\text{a}\) för reaktionen

HAc + H₂O ⇌ H₃O⁺ + Ac^–

är 1,8 · 10^-5 M. Vilket är den spädda lösningens pH?

Lösning

Tabelldags!

Vi beräknar vätejonkoncentrationen x.

\(K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}^+][\text{Ac}^-]}{[\text{HAc}]} \Leftrightarrow [\text{H}^+] = K_{\text{a}} \cdot \frac {[\text{HAc}]}{[\text{Ac}^-]}\)

\(x = 1,8\cdot 10^{-5}\text{M} \cdot \frac {(0,10-x)\text{M}}{(0,10+x)\text{M}}\)

Ekvationen går att lösa, men det blir en andragradsekvation. För att förenkla beräkningen, kan vi pröva om det går bra att försumma x bredvid 0,10. (Detta kan vi endast göra om x << 0,10!) 

\(x \approx 1,8\cdot 10^{-5}\text{M} \cdot \frac {0,10\text{M}}{0,10\text{M}}\)

\([\text{H}^+] = x \approx 1,8\cdot 10^{-5}\text{M}\)

Eftersom x << 0,10 kan vi konstatera att det går bra att försumma x bredvid 0,10. Vi beräknar pH:

\(\text{pH} = -\lg(1,8\cdot 10^{-5}) = 4,74\)

Buffertformeln

\[[\text{H}^+] = K_{\text{a}} \cdot \frac {c_{\text{syra}}}{c_{\text{bas}}}\]

\[\text{pH} = \text{p}K_{\text{a}}-\lg \left(\frac{c_{\text{syra}}}{c_{\text{bas}}}\right)\]

Ett till exempel!

Beräkna pH för lösningen som man får genom att blanda 20,0 ml 0,100 M HAc med 30 ml 0,100 M NaAc!

\(c_{\text{HAc}} = \frac {0,020\text{dm}^3 \cdot 0,100\text{mol/dm}^3}{0,050\text{dm}^3} = 0,0400\text{mol/dm}^3\)

\(c_{\text{NaAc}} = \frac {0,030\text{dm}^3 \cdot 0,100\text{mol/dm}^3}{0,050\text{dm}^3} = 0,0600\text{mol/dm}^3\)

Efter jämvikt: [HAc] ≈ 0,0400 M; [Ac^–] ≈ 0,0600 M (eftersom ättiksyran HAc protolyseras i så liten omfattning).

\([\text{H}^+] = 1,8 \cdot 10^{-5}\text{M} \cdot \frac {0,0400\text{M}}{0,0600\text{M}} = 1,2 \cdot 10^{-5}\text{M}\)

\(\text{pH} = -\lg(1,2 \cdot 10^{-5}) = 4,92\)