Ohatra amin'ny fanontaniana momba ny vahaolana amin'ny buffer
Ny vahaolana buffer, izay matetika antsoina hoe buffer, dia vahaolana izay mitazona ny pH-ny na dia ampiana asidra na base matanjaka kely aza. Izany fahaizana izany dia mahatonga ny vahaolana buffer ho tena ilaina amin'ny fampiharana simika, biolojika, ary na dia indostrialy aza. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia handinika ohatra vitsivitsy isika ary hiresaka momba ny vahaolana buffer.
Fahatakarana ny Vahaolana Buffer
Ny vahaolana "buffer" amin'ny ankapobeny dia ahitana fangaroan'ny asidra malemy sy ny fotony mifamatotra aminy na fotony malemy sy ny asidra mifamatotra aminy. Rehefa ampiana asidra na fotony amin'ireo vahaolana ireo, ny fihetsika vokatr'izany dia manampy amin'ny fitazonana ny pH-n'ny vahaolana ao anatin'ny elanelana voafaritra. Amin'io lafiny io, ny pH dia fandrefesana ny asidra na ny alkalinity-n'ny vahaolana.
Ny asany sy ny maha-zava-dehibe ny vahaolana buffer
Ny vahaolana buffer dia manana anjara toerana lehibe amin'ny sehatra samihafa:
1. Biosimia: Maro ny fihetsiky ny anzima sy ny fiziolojika mitranga amin'ny pH voafaritra, ka ny vahaolana buffer dia manampy amin'ny fitazonana ny fepetra tsara indrindra.
2. Indostria: Ao amin'ny indostrian'ny sakafo sy fanafody, ny fanaraha-maso ny pH sahaza dia tena ilaina amin'ny kalitao sy ny fiarovana ny vokatra.
3. Andrana simika: Ao amin'ny laboratoara, ampiasaina hifehezana ny pH mandritra ny fihetsika simika ny vahaolana buffer.
Ahoana ny fiasan'ny vahaolana buffer
Miasa amin'ny fitsipiky ny fifandanjana ny vahaolana buffer. Ho an'ny vahaolana misy asidra malemy \(HA \) sy ny sira fototra conjugate \(A^- \), ny fanampiana asidra na fototra kely dia hiteraka fihetsika fifindrana tsy misy fiovana lehibe eo amin'ny fifantohan'ny ion \(H^+ \).
Fanontaniana sy fifanakalozan-kevitra santionany
Mba hahatakarana bebe kokoa izany, andeha hodinihintsika ny fanontaniana sy ny fifanakalozan-kevitra mifandraika amin'ny vahaolana buffer.
Fanontaniana 1: Fikajiana ny pH-n'ny vahaolana asidra buffer
Fanontaniana:
Ny vahaolana "buffer" dia amboarina amin'ny alalan'ny fampifangaroana asidra asetika (CH₃COOH) 0,1 mol amin'ny asetaty sodium (CH₃COONa) 0,1 mol ao anaty vahaolana 1 litatra. Ny tsy miovaovan'ny dissociation an'ny asidra asetika (\( K_a \)) dia \( 1,8 \times 10^{-5} \). Kajio ny pH-n'ny vahaolana.
Dinika:
Ity vahaolana buffer ity dia misy asidra malemy (CH₃COOH) sy ny fototra konjugate (CH₃COO⁻). Azontsika ampiasaina ny equation Henderson-Hasselbalch mba hikajiana ny pH-n'ny vahaolana buffer:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Aiza:
\[ \text{p}K_a = -\log (K_a) \]
\[ \text{p}K_a = -\log (1,8 \times 10^{-5}) \]
\[ \text{p}K_a \eo amin'ny 4,74 eo ho eo \]
Koa satria mitovy ny fifantohan'ny \( [A^-] \) sy \( [HA] \) (0,1 M):
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{[0,1]}{[0,1]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(1) \]
\[ \text{pH} = 4,74 \]
Noho izany, ny pH-n'ny vahaolana buffer dia 4,74.
Fanontaniana 2: Fanampiana asidra amin'ny vahaolana buffer
Fanontaniana:
Inona ny fiovan'ny pH raha ampiana 0,01 mol an'ny HCl amin'ny vahaolana buffer 1 litatra avy amin'ny Fanontaniana 1?
Dinika:
Ny fanampiana HCl dia hampitombo ny fifantohan'ny \( H^+ \) ao amin'ny vahaolana. Ny fihetsika mitranga dia:
\[ \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} \]
Mila kajy isika hoe firy môlan'ny \( H^+ \) ary ny fiantraikan'izany amin'ny fifantohan'ny \( \text{CH}_3\text{COOH} \) sy \( \text{CH}_3\text{COO}^- \).
Voalohany:
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
Rehefa avy nanampy 0,01 mol an'ny HCl:
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
Ampiasao ny equation Henderson-Hasselbalch mba hikajiana ny pH vaovao:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{0,09}{0,11} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(0,818) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + (-0,088) \]
\[ \text{pH} = 4,65 \]
Noho izany, miova avy amin'ny 4,74 ka hatramin'ny 4,65 ny pH-n'ny vahaolana buffer rehefa avy ampiana HCl.
Fanontaniana 3: Manampy fototra amin'ny vahaolana buffer
Fanontaniana:
Inona ny fiovan'ny pH raha ampiana 0,01 mol an'ny NaOH amin'ny vahaolana buffer 1 litatra avy amin'ny Fanontaniana 1?
Dinika:
Ny fanampiana NaOH dia hampihena ny fifantohan'ny H⁺ ao amin'ny vahaolana amin'ny alalan'ny OH⁻ avy amin'ny NaOH. Ny fihetsika mitranga:
\[ \text{OH}^- + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \]
Voalohany:
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
Rehefa avy nanampy 0,01 mol an'ny NaOH:
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
Ampiasao ny equation Henderson-Hasselbalch mba hikajiana ny pH vaovao:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{0,11}{0,09} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(1,222) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + 0,087 \]
\[ \text{pH} = 4,83 \]
Noho izany, miova avy amin'ny 4,74 ka hatramin'ny 4,83 ny pH-n'ny vahaolana buffer rehefa avy ampiana NaOH.
Fanontaniana 4: Famaritana ny firafitry ny buffer amin'ny pH voafaritra
Fanontaniana:
Mba hanaovana vahaolana buffer 1 litatra misy pH 5,0 amin'ny fampiasana asidra asetika (CH₃COOH) sy asetaty sôdiôma (CH₃COONa), firy môlan'ny singa tsirairay no ilaina? Ny K_a amin'ny asidra asetika dia 1,8 x 10^{-5}.
Dinika:
Ampiasao ny equation Henderson-Hasselbalch:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Voalohany, kajy ny pKₐ:
\[ \text{p}K_a = -\log (1,8 \times 10^{-5}) \]
\[ \text{p}K_a \eo amin'ny 4,74 eo ho eo \]
Avy eo, ampidiro ny sandan'ny pH tianao:
\[ 5,0 = 4,74 + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ 0,26 = \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Mampiasa ny toetran'ny logaritma:
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} = 10^{0,26} \]
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} \eo amin'ny 1,82 eo ho eo \]
Midika izany fa isaky ny môl CH₃COOH 1, dia ilaina ny môl CH₃COONa 1,82. Ho an'ity tahan'ny ao anaty 1 litatra ity:
Ohatra, andeha hatao hoe CH₃COOH = x mol, ka CH₃COONa = 1,82x mol. Ny volume manontolo dia (x + 1.82x) = 2,82x mol, satria manao buffer 1 litatra isika, dia:
\[ x + 1.82x = 1 \]
\[ 2.82x = 1 \]
\[ x = \frac{1}{2.82} \eo amin'ny 0.355 \]
Noho izany, ny singa ilaina:
– CH₃COOH: 0,355 mol
– CH₃COONa: 1,82 0,355 ≈ 0,646 mol
Noho izany dia mila asidra asetika 0,355 mol sy asetaty sodium 0,646 mol isika mba hanaovana vahaolana buffer 1 litatra misy pH 5,0.
Ity lahatsoratra ity dia maneho ohatra olana isan-karazany mifandraika amin'ny vahaolana buffer sy ny fifanakalozan-kevitra momba azy ireo mba hanomezana fahatakarana lalindalina kokoa momba ity foto-kevitra ity. Manantena izahay fa hanampy amin'ny fahatakarana ny fomba fiasan'ny vahaolana buffer sy ny fampiharana azy ireo amin'ny toe-javatra samihafa ity fampahalalana ity.
