Κυριακή 18 Νοεμβρίου 2012

Ρυθμιστικά διαλύματα


Tα διαλύματα  που περιέχουν το συζυγές ζεύγος HA/A- ή Β/ΒΗ+ και μπορούν και διατηρούν το PH τους σταθερό ακόμα και όταν προστεθεί σε αυτά μια μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης ή όταν το διάλυμα αραιωθεί εντός κάποιων ορίων λέγονται ρυθμιστικά. Οι συγκεντρώσεις των συστατικών του ρυθμιστικού πρέπει να είναι σχετικά υψηλές (συνήθως είναι 0.1-1Μ ) ώστε να έχει ικανοποιητική ρυθμιστική ικανότητα (αντοχή δηλαδή στις μεταβολές του PH κατά την προσθήκη ισχυρού οξέος ή βάσης ή νερού).
 Έστω ένα ρυθμιστικό διάλυμα π.χ CH3COOH/CH3OCOONa. To διάλυμα αυτό θα μπορεί να δεσμεύει μικρές ποσότητες ισχυρού οξέος ή βάσης τα οποία θα αντιδρούν με τα CH3COOH και CH3COO- σύμφωνα με τις εξισώσεις:
                     CH3COOH+OH-CH3COO-+H2O ή  
                   CH3COO-+H3O+CH3COOH+H2O
μετατρέποντας το ένα συστατικό στο άλλο. Τα ιόντα οξωνίου προέρχονται από τον ιοντισμό της ισχυρής βάσης ενώ τα ιόντα υδροξυλίου από τη διάσταση της ισχυρής βάσης, όταν η βάση και το οξύ προστίθενται αντίστοιχα  στο διάλυμα. Κατά τις παραπάνω προσθήκες  οι συγκεντρώσεις των συστατικών του ρυθμιστικού μεταβάλλονται ελάχιστα με αποτέλεσμα ο λόγος των συγκεντρώσεων να μεταβάλλεται ελάχιστα (ακόμη πιο λίγο μεταβάλλεται ο λογάριθμος του λόγου των συγκεντρώσεων στην εξίσωση  Henderson-Hasselbalch, οπότε το PH παραμένει πρακτικά σταθερό). Τη μεγάλη ρυθμιστική αντοχή του ρυθμιστικού αντιλαμβανόμαστε και με το παράδειγμα που ακολουθεί.
Αξίζει να αναφέρουμε ότι η ποσότητα του ισχυρού οξέος ή της ισχυρής βάσης που προσθέτουμε πρέπει να είναι μικρή σε σχέση με τα ποσότητες των συστατικών του ρυθμιστικού διαφορετικά η μεταβολή του PH θα είναι σημαντική αφού υπάρχει περίπτωση να καταναλωθεί σημαντική ή και ολόκληρη η ποσότητα του ρυθμιστικού οπότε χάνεται η ρυθμιστική ικανότητα του διαλύματος.
 Στο διάγραμμα που ακολουθεί γίνεται διαγραμματική αναπαράσταση της ρυθμιστικής ικανότητας ενός ρυθμιστικού διαλύματος  της μορφής HA/A- με ίσες συγκεντρώσεις κατά την προσθήκη ισχυρού οξέος ή βάσης.













Έστω ρυθμιστικό διάλυμα που αποτελείται από το συζυγές ζεύγος HA/A- με συγκεντρώσεις Cοξέοςκαι Cβάσης αντίστοιχα. Σε κάθε ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει ένα συζυγιακό σύστημα οξέος-βάσης, όπως έχουμε δει, ισχύει η σχέση:












Όπως προκύπτει από την παραπάνω σχέση το PH ενός ρυθμιστικού διαλύματος εξαρτάται από την τμή Ka του οξέος καθώς και από το λόγο των συγκεντρώσεων των συστατικών του λ=Cβάσης/Cοξέος. Ως εκ τούτου όταν οι συγκεντρώσεις αυτές είναι ίσες ισχύει:
                                                 PH=Pka
Για να παρασκευάσουμε, λοιπόν, ένα ρυθμιστικό διάλυμα με μια ορισμένη τιμή PΗ αρκεί να επιλέξουμε ένα ασθενές οξύ με τιμή pka  όσο το δυνατόν πλησιέστερα στην τιμή του PH που θέλουμε.




Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου