Hvernig á að búa til stuðpúðalausn
Pendahuluan
Stöðulausn er efnalausn sem viðheldur tiltölulega stöðugu pH-gildi jafnvel þegar lítið magn af sýru eða basa er bætt við. Stöðulausnir eru nauðsynlegar á ýmsum sviðum, þar á meðal lífefnafræði, lyfjafræði og rannsóknarstofum. Þessi grein fjallar um hvernig á að búa til stöðulausn, þar á meðal grunnþekkingu á því hvernig stöðulausnir virka, hvaða íhlutir þarf og hvaða skref þarf að taka.
Að skilja stuðpúðalausnir
Stuðlausn samanstendur af samtengdu sýru-basa pari sem getur tekið í sig H⁺ eða OH⁻ jónir sem bætt er við lausnina og þannig komið í veg fyrir miklar breytingar á pH. Það eru tvær megingerðir af stuðlausnum:
1. Sýrulausn: Búið til úr veikri sýru og salti hennar (sem inniheldur samtengda basa hennar). Dæmi er blanda af ediksýru (CH₃COOH) og natríumasetati (CH₃COONa).
2. Basabuffer: Búið til úr veikum basa og salti hans (sem inniheldur samtengda sýru). Dæmi er blanda af ammóníaki (NH₃) og ammóníumklóríði (NH₄Cl).
Hugtakið pH og línulega stuðpúðajöfnun Hofstadterawe
Hægt er að reikna út pH-gildi stuðpúðalausnar með Henderson-Hasselbalch jöfnunni:
[pH = pK a + log([Samtengdur basi]}{[Sýra])]
Hvar:
– \(\text{pH}\) er sýrustig lausnarinnar.
– \(\text{pK}_a\) er sýrusundrunarstuðullinn fyrir þá sýru sem notuð er.
– \([\text{Samtengdur basi}]\) er styrkur samtengda basans.
– \([\text{Sýra}]\) er styrkur sýrunnar.
Íhlutir sem þarf til að búa til stuðpúðalausn
1. Veik sýra/veikur basi: Veldu veika sýru eða basa sem hefur \(\text{pK}_a\) nálægt æskilegu pH-gildi.
2. Samtengd sýra/basasalt: Veldu viðeigandi samtengda sýru eða basasalt til að búa til stuðpúðakerfið.
3. Staðallausn: Staðallausn getur hjálpað til við að þvo eða stöðuga pH-gildi stuðpúðans.
Skref til að búa til stuðpúðalausn
1. Ákvarðið æskilegt pH gildi
Ákvarðið æskilegt sýrustig (pH) fyrir stuðpúðann. Til dæmis, ef þið þurfið stuðpúða með pH 7,0, getið þið notað kerfi veikrar sýru og samtengds basa sem hefur pK a nálægt þessu gildi.
2. Veldu rétta biðminnikerfið
Veldu sýru-basa parið sem á að nota. Til dæmis eru ediksýra (\(\text{pK}_a = 4.76\)) og natríumasetat notuð fyrir asetatlausnina, en ammóníak (\(\text{pK}_b\) fyrir NH₃ er 4.75) og ammóníumklóríð eru notuð fyrir ammóníaklausnina.
3. Reiknaðu hlutfall samtengdra sýru og basa
Notið Henderson-Hasselbalch jöfnuna til að reikna út nauðsynlegt hlutfall sýru og samtengds basa. Til dæmis, til að búa til stuðpúða með pH 7 með fosfórsýru (\(\text{pK}_a2 = 7.2\)), verður jafnan:
[7.0 = 7.2 + \log \left( \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} \right) \]
Svo,
[ \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 \]
\[ \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]} = 10^{-0.2} \u.þ.b. 0.63 \]
Þú þarft því 0.63 mól af samtengda basanum (HPO4^2-) fyrir hvert mól af sýrunni (H2PO4^-).
4. Útbúið lausn af samtengdri sýru og basa
Útbúið stofnlausnir af samtengdu sýrunni og basanum í þekktum styrk. Til dæmis, ef þið eruð að búa til 1 lítra af stuðpúðalausn, þá þurfið þið að reikna út sýru- og basalausnirnar út frá fyrra skrefi.
5. Blandið lausninni
Blandið sýru- og samtengdum basalausnum saman í útreiknuðum hlutföllum. Til að tryggja rétt pH skal hræra blönduna vel og mæla pH með kvörðuðum pH-mæli.
6. Stilltu pH-gildið ef þörf krefur
Ef pH gildi stuðpúðalausnar er ekki eins og óskað er eftir er hægt að stilla það með því að bæta við litlu magni af sterkri sýru (t.d. HCl) eða sterkum basa (t.d. NaOH) þar til æskilegu pH gildi er náð. Hins vegar verður að gæta þess að skemma ekki stuðpúðakerfið með því að bæta við of mikilli sýru eða basa.
7. Kjörmannatrygging
Þegar sýrustigið er rétt skal bæta afjónuðu vatni við að óskaðri rúmmáli, til dæmis 1 lítra ef verið er að útbúa 1 lítra af stuðpúða.
Hagnýtt dæmi um gerð stuðpúðalausnar
Dæmi 1: Fosfatlausn (pH 7,0)
Til að búa til 1 lítra af fosfatlausn með pH 7,0:
– Nauðsynleg efni:
– 0,1 M Na₂HPO₄ (natríumhýdrógenfosfat)
– 0,1 M NaH₂PO₄ (natríumdíhýdrógenfosfat)
– Skref:
1. Reiknið hlutfallið með því að nota Henderson-Hasselbalch jöfnuna eins og í skrefunum hér að ofan.
2. Blandið 0,63 mólum (63 ml) af Na₂HPO₄ saman við 1 mól (100 ml) af NaH₂PO₄.
3. Eftir blöndun skal mæla pH-gildið og stilla ef þörf krefur.
4. Bætið vatni út í þar til það nær einum lítra.
Dæmi 2: Asetatlausn (pH 4.76)
Til að búa til 500 ml af asetatlausn með pH 4.76:
– Nauðsynleg efni:
– 0.1 M ediksýra (CH₃COOH)
– 0.1 M natríumasetat (CH₃COONa)
– Skref:
1. Blandið 0.5 mólum af ediksýru saman við 0.5 mól af natríumasetati.
2. Mælið pH-gildið og stillið ef þörf krefur.
3. Bætið vatni út í þar til það nær 500 ml rúmmáli.
Niðurstaða
Að búa til stuðlausnir krefst grundvallarskilnings á sýru-basa efnafræði og hæfni til að framkvæma útreikninga með Henderson-Hasselbalch jöfnunni. Með kerfisbundnum skrefum er hægt að búa til stuðlausnir sem viðhalda stöðugu pH gildi við fjölbreyttar tilraunaaðstæður. Með endurtekinni æfingu verður þú færari í að búa til stuðlausnir sem eru sniðnar að þínum þörfum.
