Fa'ata'ita'iga o Fesili e Talanoaina ai Fofo o le Buffer
O se vai fa'apa'u, e masani ona ta'ua o le fa'apa'u, o se vai e tausia lona pH tusa lava pe fa'aopoopoina ni nai vaega o se 'asita malosi po'o se fa'avae. O lenei tomai e taua tele ai vai fa'apa'u i le tele o fa'aoga fa'akemikolo, fa'aolaola, ma fa'apisinisi. I totonu o lenei tusiga, o le a tatou su'esu'eina ni fa'ata'ita'iga ma talanoaina vai fa'apa'u.
Malamalama i Fofo o le Buffer
O vaifofo fa'apa'u e masani ona aofia ai se fa'afefiloi o se 'aisa vaivai ma lona fa'avae fa'atasi po'o se fa'avae vaivai ma lona 'aisa fa'atasi. A fa'aopoopoina se 'aisa po'o se fa'avae i nei vaifofo, o le tali atu e mafua mai ai e fesoasoani e fa'atumauina le pH o le vaifofo i totonu o se vaega fa'apitoa. I lenei tulaga, o le pH o se fua lea o le 'aisa po'o le 'alkali' o se vaifofo.
Galuega ma le Taua o Fofo Fa'apa'u
O fofo fa'apipi'i e iai le sao taua i vaega eseese:
1. Biochemistry: E tele tali fa'aenzymatic ma fa'aletino e tutupu i se pH fa'apitoa, o lea e fesoasoani ai vaila'au fa'apa'u i le fa'atumauina o tulaga lelei.
2. Alamanuia: I pisinisi o mea'ai ma vaila'au, o le pulea lelei o le pH e taua tele mo le lelei ma le saogalemu o oloa.
3. Fa'ata'ita'iga Fa'akemikolo: I totonu o le fale su'esu'e, e fa'aaogaina vaila'au fa'apa'u e pulea ai le pH i taimi o tali fa'akemikolo.
Auala e Galue ai Fofo Fa'apa'u
E galue fofo fa'apa'u i luga o le mataupu faavae o le paleni. Mo se fofo e aofia ai se 'aisa vaivai \( HA \) ma lona masima fa'avae fa'atasi \( A^- \), o le fa'aopoopoina o sina vaega itiiti o le 'aisa po'o le fa'avae o le a fa'aosofia ai se tali atu o le fesiita'iga e aunoa ma se suiga tele i le fa'aputuga o 'aisa \( H^+ \).
Fesili Fa'ata'ita'i ma Talanoaga
Ina ia malamalama atili i ai, se'i o tatou iloiloina nisi o fesili ma talanoaga e feso'ota'i ma fofo o le buffer.
Fesili 1: Fuafuaina o le pH o se Vai Fa'amama Acid
Fesili:
O se vaifofo fa'apa'u e faia e ala i le fa'afefiloi o le 0,1 mol o le acetic acid (CH₃COOH) ma le 0,1 mol o le sodium acetate (CH₃COONa) i le 1 lita o le vaifofo. O le dissociation constant o le acetic acid (\( K_a \)) o le \( 1,8 \times 10^{-5} \). Fa'atatau le pH o le vaifofo.
Talanoaga:
O lenei vai fa'apa'u e aofia ai se 'aisa vaivai (CH₃COOH) ma lona fa'avae fa'atasi (CH₃COO⁻). E mafai ona tatou fa'aogaina le fua fa'atatau a Henderson-Hasselbalch e fuafua ai le pH o le vai fa'apa'u:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
O fea:
\[ \text{p}K_a = -\log (K_a) \]
\[ \text{p}K_a = -\log (1,8 \times 10^{-5}) \]
\[ \text{p}K_a \approx 4,74 \]
Talu ai o le tutusa o le malosi o le \( [A^-] \) ma le \( [HA] \) (0,1 M):
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{[0,1]}{[0,1]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(1) \]
\[ \text{pH} = 4,74 \]
O lea la, o le pH o le fofo buffer e 4,74.
Fesili 2: Fa'aopoopoina o le 'Acid i le Buffer Solution
Fesili:
O le a le suiga i le pH pe afai e fa'aopoopo le 0,01 mol o le HCl i le 1 lita o le vaila'au fa'apa'u mai le Fesili 1?
Talanoaga:
O le fa'aopoopoina o le HCl o le a fa'ateleina ai le maualuga o le \( H^+ \) i totonu o le vaila'au. O le tali e tupu o le:
\[ \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} \]
E manaʻomia ona tatou fuafuaina le aofaʻi o mole o le \( H^+ \) ma le auala e aʻafia ai le tele o \( \text{CH}_3\text{COOH} \) ma le \( \text{CH}_3\text{COO}^- \).
I le amataga:
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
A maeʻa ona faʻaopoopoina le 0,01 mol o le HCl:
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
Fa'aaoga le fua fa'atatau a Henderson-Hasselbalch e fuafua ai le pH fou:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{0,09}{0,11} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(0,818) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + (-0,088) \]
\[ \text{pH} = 4,65 \]
O lea la, o le pH o le fofo buffer pe a uma ona faaopoopo le HCl e suia mai le 4,74 i le 4,65.
Fesili 3: Fa'aopoopoina o le Base i le Buffer Solution
Fesili:
O le a le suiga i le pH pe afai e fa'aopoopo le 0,01 mol o le NaOH i le 1 lita o le vaila'au fa'apa'u mai le Fesili 1?
Talanoaga:
O le fa'aopoopoina o le NaOH o le a fa'aitiitia ai le maualuga o le H⁺ i totonu o le vaila'au e ala i le OH⁻ mai le NaOH. O le tali atu e tupu:
\[ \text{OH}^- + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \]
I le amataga:
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
A maeʻa ona faʻaopoopoina le 0,01 mol o le NaOH:
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
Fa'aaoga le fua fa'atatau a Henderson-Hasselbalch e fuafua ai le pH fou:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{0,11}{0,09} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(1,222) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + 0,087 \]
\[ \text{pH} = 4,83 \]
O lea la, o le pH o le fofo buffer pe a uma ona faaopoopo le NaOH e suia mai le 4,74 i le 4,83.
Fesili 4: Fuafuaina o le Fa'atulagaina o le Buffer ma se pH Fa'apitoa
Fesili:
Mo le faia o le 1 lita o le vai fa'apa'u ma le pH 5,0 e fa'aaoga ai le acetic acid (CH₃COOH) ma le sodium acetate (CH₃COONa), e fia mole o vaega ta'itasi e mana'omia? \( K_a \) o le acetic acid e \( 1,8 \times 10^{-5} \).
Talanoaga:
Fa'aaoga le fua fa'atatau a Henderson-Hasselbalch:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Muamua, fuafua le pKₐ:
\[ \text{p}K_a = -\log (1,8 \times 10^{-5}) \]
\[ \text{p}K_a \approx 4,74 \]
Ona tusi lea o le tau pH e te manaʻomia:
\[ 5,0 = 4,74 + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ 0,26 = \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Fa'aaogaina o meatotino o logarithm:
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} = 10^{0,26} \]
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} \approx 1,82 \]
O lona uiga, mo mole taʻitasi e 1 o le CH₃COOH, e manaʻomia le 1,82 mole o le CH₃COONa. Mo lenei fua faatatau i le 1 lita:
Mo se faʻataʻitaʻiga, seʻi tatou faʻapea o le CH₃COOH = x mol, o lea la o le CH₃COONa = 1,82x mol. O le aofaʻi atoa o le (x + 1.82x) = 2,82x mol, talu ai o loʻo tatou faia le 1 lita o le buffer, ona:
\[ x + 1.82x = 1 \]
\[ 2.82x = 1 \]
\[ x = \frac{1}{2.82} \approx 0.355 \]
O lea la, o le tuufaatasiga e manaʻomia:
– CH₃COOH: 0,355 mol
– CH₃COONa: 1,82 0,355 ≈ 0,646 mol
O lea la tatou te manaʻomia le 0,355 mol o le acetic acid ma le 0,646 mol o le sodium acetate e fai ai le 1 lita o le buffer solution ma le pH 5,0.
O lenei tusiga o loʻo tuʻuina atu ai faʻataʻitaʻiga eseese o faʻafitauli e fesoʻotaʻi ma fofo o le buffer ma a latou talanoaga e tuʻuina atu ai se malamalamaga loloto i lenei manatu. Matou te faʻamoemoe o le a fesoasoani lenei faʻamatalaga i le malamalama i le auala e galue ai fofo o le buffer ma a latou faʻaoga i tulaga eseese.
