CHƯƠNG 4 DUNG DỊCH
4.4.Dung dịch đệm
Thực nghiệm cho biết rằng nếu thờm nước vào nước nguyờn chất dự chỉ một
lượng nhỏ axit hoặc kiềm thỡ pH của dung dịch thu được cũng thay đổi mạnh. Vớ dụ, nếu hũa tan 0,01 mol HCl vào 1 lớt nước nguyờn chất thỡ [H+]= 10-2
mol/L (bỏ qua [H+]= 10-7mol/L do nước phõn ly ra) và pH của dung dịch sẽ giảm từ 7
đến 2.
Sựthay đổi mạnh pH cũng xảy ra khi thờm một lượng nhỏ axit (hoặc kiềm) vào dung dịch kiềm (hoặc axit) rất loóng. Chẳng hạn, nếu thờm 0,01 mol HCl vào 1 lớt dung
dịch HCl 10-5 M (dung dịch này đó cú pH = 5) thỡ nồng độ tổng cộng của axit trong dung dịch sẽ là 10-5 + 10-2≈ 10-2 M và pH của dung dịch sẽlà 1, nghĩa là giảm đi 3 đi vị.
Nếu thờm 0,01 mol NaOH vào 1 lớt dung dịch HCl 10-M thỡ nồng độ NaOH cũn là 10-2 - 10-5≈ 10-2 M (vỡ mất đi 10-5NaOH để trung hũa 10-5M HCl). Do đú pOH = 2 và pH
= 14 - 2 = 12, nghĩa là pH của dung dịch thay đổi từ 5 - 12.
Vấn đề sẽkhỏc đi khi thờm một lượng nhỏ axit hoặc kiềm vào hỗn hợp gồm axit yếu và muối của nú. Chẳng hạn, nếu thờm 0,01 mol HCl vào 1 lớt hỗn hợp chứa CH3COOH 0,1M và NaCH3COO 0,1M thỡ pH của hỗn hợp thay đổi rất ớt, vỡ cỏc ion H+ thờm vào sẽ
khụng nằm ở trạng thỏi tự do, mà chủ yếu là liờn kết với ion CH3COO- của muối để biến thành những phõn tử CH3COOH kộm phõn ly:
NaCH3COO → Na+ + CH3COO - CH3COO - + H+ → CH3COOH
Chỳng ta cú thể tớnh giỏ trị pH cụ thểnhư sau: + Khi chưa thờm 0,01 mol HCl vào hỗn hợp.
[H+] = Ka 3 3 CH COOH CH COO
- log[H+] = - log Ka - log 3
3CH COOH CH COOH CH COO hay: pH = pKa - log 3 3 CH COOH CH COO
Thay pKCH COOH3 = 4,73; [CH3COOH] ≈ CCH COOH3 = 0,1M; [CH3COO -] ≈ CNaCH COO3 = 0,1M vào biểu thức trờn ta cú:
pH = 4,73 - log0,1
0,1 = 4,73
+ Khi thờm 0,01 mol HCl vào 1 lớt hỗn hợp thỡ 0,01 mol NaCH3COO sẽ biến thành 0,01 mol CH3COOH. Khi đú:
[CH3COOH] = 0,1 + 0,01 = 0,11 mol [CH3COO -] = 0,1 - 0,01 = 0,09 mol
và pH = 4,73 - log0,11
0, 09 = 4,61
+ Nếu thờm 0,01 mol NaOH vào 1 lớt hỗn hợp thỡ cỏc ion OH - sẽ liờn kết với cỏc ion H+ của axit axetic. Khi đú sẽ cú 0,01 mol CH3COOH biến thành NaCH3COO:
[CH3COOH] = 0,1 - 0,01 = 0,09 mol [CH3COO -] = 0,1 + 0,01 = 0,11 mol và pH = 4,73 - log0, 09 0,11 = 4,82 + Pha loóng hỗn hợp 100 lần: pH = 4,73 - log0, 001 0, 001 = 4,73
Túm lại, sự cú mặt trong dung dịch một hỗn hợp gồm axit yếu và muối của nú sẽ điều chỉnh được nồng độ ion H+ trong dung dịch, làm giảm ảnh hưởng của những yếu tố gõy ra sựthay đổi pH của dung dịch. Hỗn hợp như vậy được gọi là hỗn hợp đệm hay dung dịch đệm.
Dung dịch đệm cũn là hỗn hợp gồm bazơ yếu và muối của nú, hoặc hỗn hợp gồm cỏc muối axit, hay gồm muối axit và muối trung hũa, vớ dụ NH3 và NH4Cl, NaH2PO4 và Na2HPO4, NaHCO3 và Na2CO3 v.v...
Như vậy, khảnăng của dung dịch đệm giữ cho pH thực tếkhụng đổi dựa vào chỗ
là một cấu tử của nú liờn kết với cỏc ion H+, cũn cỏc cấu tử kia liờn kết với cỏc io OH-.
Nhưng cần lưu ý rằng khảnăng giữcho pH khụng đổi của dung dịch đệm khụng phải là vụ hạn. Mỗi dung dịch đệm cú một dung lượng đệm xỏc định, nếu quỏ dung lượng này thỡ nú khụng cũn khả năng đệm nữạ Trờn thực tế, cú thể cho phộp pH của dung dịch biến đổi ± 1 đơn vị.
Số đương lượng gam của axit hoặc kiềm cần thiết để làm dịch chuyển pH của một lớt dung dịch đệm đi 1 đơn vịđược gọi là dung lượng đệm của dung dịch đệm đú.
Từ cụng thức: ax oi log it a mu C pH pH C (4.12) ta thấy rằng khi dung dịch đệm cú Caxit = Cmuối thỡ nú sẽcú dung lượng đệm lớn nhất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi đú log axit
muoi C
C = 0 và pH = pKa; pH thay đổi ± 1 đơn vị chỉ khi thay đổi nồng độ của axit hoặc của muối đi 10 lần. Sự pha loóng dung dịch đệm khụng ảnh hưởng rừ rệt đến giỏ trị pH, nhưng làm giảm dung lượng đệm.
Dung dịch đệm được sử dụng rộng rói trong nhiều lĩnh vực của húa học. Trong
cơ thểngười nồng độ H+ được giữkhụng đổi nhờ tỏc dụng của một số hệđệm: H PO2 4
và 2
4
HPO , H CO2 3 , HCO3 , hemoglobin HHb và cỏc ion hemoglobin Hb-, oxihemoglobin HHbO2 và cỏc ion oxihemoglobin HbO2 (HHb và HHbO2 là cỏc axit yếu với KHHb = 6,3.10-9, KHHbO2 = 1,12.10-7 ). Ngờ cỏc hệđệm này màu pH của mỏu người chỉdao động xung quan trị số7,4 điều này rất quan trọng đối với sinh hoạt bỡnh thường của cơ thể.