pH en pKa zijn belangrijke oplossingsparameters in veel gebieden van de chemie, inclusief berekeningen met zuur-base-evenwichten. pH is de universele maat voor de zuurgraad, gedefinieerd als de negatieve logaritme, voor de base 10 van de "waterstofionenconcentratie" van een oplossing, en wordt uitgedrukt als: pH = -log [H3O +]. De haakjes geven de concentratie aan en het "+" - teken geeft de lading van het waterstofion aan. pKa is de negatieve logaritme, tot de basis 10, van de "dissociatieconstante" van een zwak zuur. De dissociatie van een zwak zuur "HA" wordt bijvoorbeeld geschreven: Ka = [H3O +] [A-] /[HA], waarbij A- de "geconjugeerde base" van het zuur is. Daarom is pKa = -log Ka. Elk zwak zuur heeft een unieke pKa-waarde. Gebruik de Henderson-Hasselbalch-vergelijking om de pH van een bufferoplossing te berekenen, die een oplossing is van een zwak zuur en de geconjugeerde base ervan, wanneer de pKa van het zuur bekend is. Deze vergelijking wordt uitgedrukt: pH = pKa + log ([base] /[acid]).

Stel dat u een bufferoplossing hebt die is bereid door toevoeging van 25,0 ml van een 0,1 M natriumhydroxide (NaOH) -oplossing aan 75,0 ml van een 0,1 M oplossing van azijnzuur (CH3COOH), waarbij "M" molaire concentratie aangeeft. Merk op dat azijnzuur reageert met NaOH om de geconjugeerde base, CH3C00H- te vormen, als volgt: CH3COOH + NaOH = CH3C00- + Na + H20. Om de pH te berekenen, is het nodig om de hoeveelheden zuur en geconjugeerde base in de bufferoplossing na de reactie te berekenen.

Bereken de beginmoleculen base en zuur in de bufferoplossing. Bijvoorbeeld, mol NaOH = 25,0 ml x 0,1 mol /liter x 1 liter /1000 ml = 0,0025 mol; mol CH3COOH = 75,0 ml x 0,10 mol /liter x 1 liter /1000 ml = 0,0075 mol.

Merk op dat de CH3COOH bij het mengen van de oplossingen de OH- (hydroxyl) ionen verbruikt die geassocieerd zijn met de NaOH, zodat wat overblijft is 0,0050 mol CH3COOH (zuur), 0,0025 mol CH3COO- (base) en 0 mol OH-.

Vervang de pKa van het zuur (4,74 voor azijnzuur) en het zuur en baseconcentraties in de Henderson-Hasselbalch-vergelijking om de pH van de bufferoplossing te berekenen. Bijvoorbeeld pH = 4,74 + log (0,0025 /0,005) = 4,74 + log 0,5 = 4,44.

Tip

In tegenstelling tot sterke zuren ioniseren zwakke zuren niet volledig in oplossing. In plaats daarvan wordt een evenwicht ingesteld tussen geïoniseerd zuur, waterstofion en geconjugeerde base. pKa-waarden zijn beschikbaar in scheikundehandboeken, andere chemische literatuur en uit online bronnen. Buffers zijn specifiek geformuleerd voor een groot aantal industriële en andere toepassingen waarbij de pH binnen vooraf ingestelde limieten moet worden gehouden