pH-beregning

Kemi B og A + Biotek A.

Forstå pH-beregninger. Vi gennemgår alt det du behøver at vide om pH-beregning på Kemi B, Kemi A og Biotek A. Dette kompendium bygger videre på vores kompendium om syrer og baser, som dækker Kemi C (typisk første år af Kemi B).

Kompendiet hjælper dig blandt andet med pH-beregninger i forbindelse med:

Alle begreberne forklares gennem letforståelige eksempler.

Her får du et uddrag fra siden om, hvordan du beregner pH i en pufferopløsning:

Sådan beregner du pH efter tilsætning af stærk syre

Vi siger, vi udtager 100 mL af vores 1 liters pufferopløsning med syrebaseparret, CH₃COOH og CH₃COO^-. Vi husker, at denne pufferopløsning har en pH-værdi på 4,76. Koncentrationerne af CH₃COOH og CH₃COO^-, ser således ud:

$[CH_3COOH]=0,100\ \mathrm{M}$

$[CH_3COO^{-}]=0,100\ \mathrm{M}$

Vi skal nu bestemme stofmængden af henholdsvis CH₃COOH og CH₃COO^- med denne formel:

$n=c\cdot V$

Vi indsætter c=0,100 M og V=100 mL:

$n(CH_3COOH)=0,100\ \mathrm{M}\cdot 100\ \mathrm{mL}=10,0\ \mathrm{mmol}=0,010\ \mathrm{mol}$

$n(CH_3COO^{-})=0,100\ \mathrm{M}\cdot 100\ \mathrm{mL}=10,0\ \mathrm{mmol}=0,010\ \mathrm{mol}$

Vi prøver nu at tilsætte den stærke syre HCl i form af 20,0 mL af en 0,100 M HCl-opløsning. Vi skal nu beregne, hvor stor en stofmængde af HCl vi tilsætter:

$n(HCl)=0,100\ \mathrm{M}\cdot 20,0\ \mathrm{mL}=2,00\ \mathrm{mmol}=0,002\ \mathrm{mol}$

HCl reagerer med vand og omdannes til en anden stærk syre, nemlig H₃O⁺:

HCl(aq) + H₂O(l) → Cl^-(aq) + H₃O⁺(aq)

Det vil sige, at det reelt er 0,002 mol H₃O⁺, vi tilsætter.

Når vi tilsætter H₃O⁺, sker der denne reaktion:

H₃O⁺(aq) + CH₃COO^-(aq) → CH₃COOH(aq) + H₂O(l)

Vi kan se, at den stærke syre H₃O⁺ reagerer med den svage base CH₃COO^-, hvorved den svage syre CH₃COOH dannes. Det er denne reaktion, der er hele pointen bag puffersystemet. Vi tilsætter en stærk syre, men denne stærke syre omdannes til en svag syre. Og dannelsen af en svag syre vil kun sænke pH en smule.

Vi skal benytte nedenstående skema for at beregne pH efter tilsætningen af syre (H₃O⁺):

FØR vi har tilsat H₃O⁺, har vi følgende stofmængder:

n(CH₃COO^-)=0,0100 mol

n(H₃O⁺)=0,0020 mol

n(CH₃COOH)=0,0100 mol

EFTER vi har tilsat H₃O⁺, har vi følgende stofmængder:

n(CH₃COO^-)=(0,0100 - 0,0020) mol = 0,0080 mol

n(H₃O⁺)=(0,0020 - 0,0020) mol = 0 mol

n(CH₃COOH)=(0,0100 mol + 0,0020) mol =0,0120 mol

Vi kan nu beregne pH-værdien efter tilsætning af NaOH. Vi benytter stofmængde-versionen af pufferligningen:

$pH=pK_s+\mathrm{log}\left ( \frac{n_b}{n_S} \right )$

n_b er stofmængden af den korresponderende base, CH₃COO^-, og n_s er stofmængden af syren, CH₃COOH.

Vi indsætter værdierne:

$pH=4,76+\mathrm{log}\left ( \frac{0,0080\ \mathrm{mol}}{0,0120\ \mathrm{mol}} \right )=4,58$

pH-værdien efter tilsætning er altså faldet til 4,58, hvilket er et fald på 0,18 fra den oprindelige pH-værdi på 4,76. Vi kan altså se, at selvom vi tilsætter en del stærk syre, falder pH kun lidt.