Com fer una solució tampó
Pendahuluan
Una solució tampó és una solució química que manté un pH relativament constant fins i tot quan s'hi afegeixen petites quantitats d'àcid o base. Les solucions tampó són essencials en diversos camps, com ara la bioquímica, la farmàcia i els laboratoris de recerca. Aquest article explicarà com fer una solució tampó, incloent-hi una comprensió bàsica de com funcionen les solucions tampó, els components necessaris i els passos específics implicats.
Comprensió de les solucions tampó
Una solució tampó consisteix en un parell àcid-base conjugat que pot absorbir ions H⁺ o OH⁻ afegits a la solució, evitant així canvis dràstics en el pH. Hi ha dos tipus principals de solucions tampó:
1. Tampon àcid: Fet d'un àcid feble i la seva sal (que conté la seva base conjugada). Un exemple és una barreja d'àcid acètic (CH₃COOH) i acetat de sodi (CH₃COONa).
2. Tampó base: Fet d'una base feble i la seva sal (que conté el seu àcid conjugat). Un exemple és una barreja d'amoníac (NH₃) i clorur d'amoni (NH₄Cl).
El concepte de pH i l'equació lineal de tampó de Hofstadterawe
El valor del pH d'una solució tampó es pot calcular mitjançant l'equació de Henderson-Hasselbalch:
\[ \text{pH} = \text{pK}_a + \log \left( \frac{[\text{Base conjugada}]}{[\text{Àcid]} }\right) \]
On:
– \(\text{pH}\) és el grau d'acidesa de la solució.
– \(\text{pK}_a\) és la constant de dissociació àcida de l'àcid utilitzat.
– \([\text{Base conjugada}]\) és la concentració de la base conjugada.
– \([\text{Àcid}]\) és la concentració d'àcid.
Components necessaris per fer una solució tampó
1. Àcid feble/base feble: trieu un àcid o una base feble que tingui un \(\text{pK}_a\) proper al pH desitjat.
2. Sal àcid/base conjugada: trieu la sal àcid o base conjugada adequada per crear el sistema tampó.
3. Solució estàndard: una solució estàndard pot ajudar a rentar o estabilitzar el pH del tampó.
Passos per fer una solució tampó
1. Determinar el pH desitjat
Determineu el pH desitjat per al tampó. Per exemple, si necessiteu un tampó amb un pH de 7,0, podeu utilitzar un sistema d'un àcid feble i la seva base conjugada que tingui un pK₂ proper a aquest valor.
2. Trieu el sistema de memòria intermèdia adequat
Seleccioneu el parell àcid-base que voleu utilitzar. Per exemple, l'àcid acètic (\(\text{pK}_a = 4.76\)) i l'acetat de sodi s'utilitzen per al tampó d'acetat, mentre que l'amoníac (\(\text{pK}_b\) per a NH₃ és 4.75) i el clorur d'amoni s'utilitzen per al tampó d'amoníac.
3. Calcula la proporció d'àcid i base conjugats
Utilitzeu l'equació de Henderson-Hasselbalch per calcular la proporció necessària d'àcid i base conjugada. Per exemple, per fer un tampó amb un pH de 7 utilitzant àcid fosfòric (\(\text{pK}_a 2 = 7.2\)), l'equació esdevé:
\[ 7.0 = 7.2 + \log ( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) \]
Així doncs,
\[ \log \left( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) = 7.0 – 7.2 \]
\[ \log \left( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) = -0.2 \]
\[ \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} = 10^{-0.2} \aprox. 0.63 \]
Per tant, necessiteu 0.63 mols de la base conjugada (HPO_4^2-) per cada mol d'àcid (H_2PO_4^-).
4. Preparar una solució d'àcid i base conjugats
Prepareu solucions mare de l'àcid i la base conjugats en concentracions conegudes. Per exemple, si esteu preparant una solució tampó d'1 L, necessitareu les solucions d'àcid i base calculades a partir del pas anterior.
5. Barregeu la solució
Barregeu les solucions d'àcid i base conjugada en les proporcions calculades. Per assegurar el pH correcte, remeneu bé la barreja i comproveu el pH amb un pH-metre calibrat.
6. Ajusteu el pH si cal
Si el pH d'una solució tampó no és el desitjat, podeu ajustar-lo afegint petites quantitats d'un àcid fort (per exemple, HCl) o una base forta (per exemple, NaOH) fins que s'assoleixi el pH desitjat. Tanmateix, cal anar amb compte de no danyar el sistema tampó afegint massa àcid o base.
7. Assegurament dels constituents
Un cop el pH sigui correcte, afegiu aigua desionitzada fins al volum desitjat, per exemple 1 litre si esteu preparant un tampó d'1 L.
Exemple pràctic de preparació d'una solució tampó
Exemple 1: Tampó fosfat (pH 7,0)
Per preparar 1 litre de solució tampó de fosfat amb pH 7,0:
– Materials necessaris:
– 0,1 M Na₂HPO₄ (fosfat de sodi)
– 0,1 M NaH₂PO₄ (fosfat disòdic)
– Passos:
1. Calcula la relació utilitzant l'equació de Henderson-Hasselbalch com en els passos anteriors.
2. Barregeu 0,63 mol (63 ml) de Na₂HPO₄ amb 1 mol (100 ml) de NaH₂PO₄.
3. Després de barrejar, comproveu el pH i ajusteu-lo si cal.
4. Afegiu aigua fins que arribi a un volum d'1 litre.
Exemple 2: Tampó d'acetat (pH 4.76)
Per preparar 500 ml de solució tampó d'acetat amb pH 4.76:
– Materials necessaris:
– Àcid acètic 0.1 M (CH₃COOH)
– 0.1 M d'acetat de sodi (CH₃COONa)
– Passos:
1. Barregeu 0.5 mol d'àcid acètic amb 0.5 mol d'acetat de sodi.
2. Comproveu el pH i ajusteu-lo si cal.
3. Afegiu aigua fins que arribi a un volum de 500 ml.
Conclusió
Preparar solucions tampons requereix un coneixement fonamental de la química àcid-base i la capacitat de realitzar càlculs utilitzant l'equació de Henderson-Hasselbalch. Mitjançant passos sistemàtics, podeu crear solucions tampons que mantindran un pH estable en diverses condicions experimentals. Amb la pràctica repetida, us convertireu en més hàbils en la creació de solucions tampons adaptades a les vostres necessitats específiques.
