Kemi

Bufferkapacitet

30. september 2019 af hellokitty3 - Niveau: Universitet/Videregående

Hvordan kan det være at ændringen af koncentration påvirker bufferkapacitet?

Brugbart svar (0)

Svar #1
30. september 2019 af mathon

$\small \begin{array}{lllll} \textup{maksimal bufferkapacitet er}&\beta _{max}=0.576\cdot C_{total}\\\\ \textup{mindskes totalkoncentrationen}&\textup{mindskes kapaciteten} \end{array}$

Brugbart svar (0)

Svar #2
30. september 2019 af mathon

$\small \begin{array}{llll} \textup{detalje:}&\beta =\frac{\mathrm{d} C_B}{\mathrm{d} pH} \end{array}$

Svar #3
30. september 2019 af hellokitty3

Det forstår jeg ikke

Brugbart svar (0)

Svar #4
30. september 2019 af Sveppalyf

En buffer er en vandig opløsning af en syre HA og dens korresponderende base A^-. Der optræder ligevægten

HA + H₂O ⇔ A^- + H₃O⁺

pH i opløsningen kan beregnes med bufferligningen:

pH = pK_a + log( [A^-]/[HA] )

Bufferen har den egenskab at pH-værdien af opløsningen ikke ændrer sig ret meget selvom man tilsætter en syre eller en base. Hvor god bufferen er til at modstå sådan en tilsætning af en syre eller en base, udtrykker man med bufferkapaciteten. Det er noget med hvor mange mol af syren eller basen man skal tilsætte til 1 L af bufferen for at ændre pH-værdien med 1.

Prøv nu at forestille dig at man har en høj koncentration af HA og A^-. Så vil tilsætningen af en bestemt mængde syre eller base ikke forskyde ligevægten ligeså meget som hvis koncentrationen havde været lav. Da [A^-] og [HA] ikke ændrer sig ligeså meget, så kan du se af bufferligningen at pH heller ikke vil ændre sig ligeså meget. Med andre ord betyder en højere koncentration af bufferen at der skal tilsættes en større mængde af syren eller basen for at få samme ændring i pH. Dvs. bufferkapaciteten bliver større med en større bufferkoncentration.

Brugbart svar (0)

Svar #5
01. oktober 2019 af mathon

Ved fortynding af en pufferopløsning ændres dens pH praktisk taget ikke, men dens pufferkapacitet formindskes, dvs. at der til at fremkalde en forøgelse af pH med f.eks, 0.1 enhed skal tilsættes en mindre mængde stærk base. Kvantitativt kan pufferkapaciteten defineres som forholdet mellem infinitesimale ændringer i basekoncentrationen og pH.

$\small \textup{pufferkapaciteten }\quad \beta =\frac{dC_B}{dpH}$

Ved tilsætning af en stærk base til en pufferopløsning omdannes en ækvivalent mængde A til B, og både $\small dC_B$ og $\small dpH$ er positive; ved tilsætning af en stærk syre formindskes både $\small C_B$ og $\small pH$ , både $\small dC_B$ og $\small dpH$ er altså negative. Pufferkapaciteten bliver derfor altid et positivt tal.

Ved indførelse af totalkoncentrationen $\small C=C_A+C_B$ samt naturlige logaritmer omformes pufferligningen
til:

$\small \begin{array}{lllllll} &2.303(pH-pK_A)=\ln\left ( \frac{C_B}{C-C_B} \right )=\ln(C_B)-\ln(C-C_B)\\\\ \textup{hvoraf ved}\\ \textup{differentiation:}&2.303=\frac{1}{C_B}\cdot \frac{\mathrm{d} C_B}{\mathrm{d} pH}+\frac{1}{C-C_B}\cdot \frac{\mathrm{d} C_B}{\mathrm{d} pH}=\frac{\mathrm{d} C_B}{\mathrm{d} pH}\cdot \frac{C}{\left (C-C_B \right )C_B}\\\\ &\beta =\frac{\mathrm{d} C_B}{\mathrm{d} pH}=2.303\cdot \frac{C_B(C-C_B)}{C}=2.303\cdot C\cdot \frac{C_B}{C}\cdot \left (1-\frac{C_B}{C} \right )\\\\ \textup{eller}\\ \textup{n\aa r }\frac{C_B}{C}\textup{ betegnes med }\alpha \textup{:}\\ &\beta =2.303\cdot C\cdot \alpha \cdot (1-\alpha ) \end{array}$

Hvis man tænker sig pufferopløsningen fremstillet ved tilsætning af stærk base til syren A, betyder $\small \alpha$ den brøkdel af den oprindelig tilstedeværende syre, der er omdannet til den korresponderende base. Det ses, at pufferkapaciteten er proportional med totalkoncentrationen $\small C=C_A+C_B$ og at den bliver meget lille, når $\small \alpha$
nærmer sig 0 eller 1, altså når opløsningen kun indeholder syren eller dens salt. Puffervirkning har
maksimum, når $\small \frac{\mathrm{d} \beta }{\mathrm{d} \alpha }=1-2\alpha$ altså når $\small \alpha =\tfrac{1}{2}$ . Den maksimale pufferkapacitet findes følgelig ved pH=pK_A og er:
$\small \beta _{max}=\frac{2.303\cdot C}{4}=0.576\cdot C$

Brugbart svar (0)

Svar #6
03. oktober 2019 af mathon

Ved indførelse af $K_A$ fås et udtryk, der tillader beregning af $\beta$
ved en given hydrogenionkoncentration:

$\small \beta =2.303\cdot C\cdot \frac{K_A\cdot \left [ H_3O^+ \right ]}{(K_A+\left [ H_3O^+ \right ])^2}=\frac{10^{-pK_A}\cdot 10^{-pH}}{(10^{-pK_A}+ 10^{-pH})^2}=\frac{10^{-(pK_A+pH)}}{(10^{-pK_A}+ 10^{-pH})^2}$

Brugbart svar (0)

Svar #7
10. oktober 2020 af mathon

rettelse:

$\small \small \beta =2.303\cdot C\cdot \frac{K_A\cdot \left [ H_3O^+ \right ]}{(K_A+\left [ H_3O^+ \right ])^2}=2.303\cdot C\cdot\frac{10^{-pK_A}\cdot 10^{-pH}}{(10^{-pK_A}+ 10^{-pH})^2}=\\\\ .\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \qquad \, \, \, 2.303\cdot C\cdot\frac{10^{-(pK_A+pH)}}{(10^{-pK_A}+ 10^{-pH})^2}$

Brugbart svar (0)

Svar #8
11. oktober 2020 af mathon

$\small \begin{array}{llllll} \beta_{\textup{max 1}}=0.576\cdot C_{\textup{total 1}}&\textup{ved }pH=pK_{s 1}\\\\ \beta_{\textup{max 2}}=0.576\cdot C_{\textup{total 2}}&\textup{ved }pH=pK_{s 2}\\\\ \beta_{\textup{max 1}}>\beta_{\textup{max 2}}&\textup{da } C_{\textup{total 1}}> C_{\textup{total 2}} \end{array}$

der foregår jo en fortynding ved tilsætning af titrator op til første ækvivalenspunkt.

Skriv et svar til: Bufferkapacitet

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.