Bufer eritmani ph qiymatini elektro kimyoviy usunda aniqlash

II ASOSIY QISIM

2.1 ERITMANING PH QIYMATINI ANIQLASH1-Reja

.PH nima va u nimani anglatadi? pH suvli eritmaning vodorod ionining kontsentratsiyasining logaritmik o'lchovidir : pH = -log [H + ] log 10 taglik logaritma va [H + ] litrda mollarda vodorod ionining kontsentratsiyasi pH 7 ning quyi pH qiymati kislotali va 7 dan katta pH qiymati asosiy bo'lgan suvli eritmaning kislotali yoki asosli ekanligini tasvirlaydi. 7-pH qiymati neytral hisoblanadi (masalan, toza suv). Odatda, juda kuchli kislotalar salbiy pHga ega bo'lishiga qaramay, pH qiymatlari 0 dan 14 gacha , juda kuchli asoslar pH 14 dan yuqori bo'lishi mumkin."PH" atamasi birinchi marta Daniya biokimyosi Soren Piter Lauritz Sorensen tomonidan 1909 yilda tavsiflangan. PH - "V'' vodorodning kuchi uchun qisqartirilgan, bu erda "p" nemis so'z uchun kuch, potenz va H vodorod uchun element belgisi. .Nima uchun pH o'lchovlari muhim.Suvdagi kimyoviy reaktsiyalar eritmaning kislotali yoki ishqoriy ta'siridan ta'sniflanadi. Bu nafaqat kimyo laboratoriyasida, balki sanoat, pazandalik va tibbiyotda ham muhimdir. pH inson hujayralarida va qonda ehtiyotkorlik bilan boshqariladi. Qonning normal pH qiymati 7,35 dan 7,45 gacha. Bir pH birligining o'ndan biriga ko'ra o'zgarish o'limga olib kelishi mumkin. Tuproqning pH qiymati o'simliklar o'sishi va o'sishi uchun muhimdir. Tabiiy va texnogen ifloslantiruvchi moddalardan kelib chiqqan kislotali yomg'ir tuproq va suvning kislotaliligini o'zgartirib, tirik organizmlarga va boshqa jarayonlarga katta ta'sir ko'rsatadi.Kundalik hayotda ko'p reaktsiyalar pH dan ta'sirlanganligi uchun uni qanday hisoblash va o'lchashni bilish foydalidir.PH o'lchovi qanday o'lchanadi . PH o'lchashning bir nechta usullari mavjud.
Misol uchun,
​
Eng keng tarqalgan metod pH metridir, bu pH sezgir elektrod (odatda shisha ishlab chiqarilgan) va mos yozuvlar elektrodini o'z ichiga oladi.Kislota-tayanch ko'rsatkichlari turli pH qiymatlariga javoban rangi o'zgartiradi. Lakmus qog'oz va pH qog'ozi tez, nisbatan noto'g'ri o'lchov uchun ishlatiladi. Bu ko'rsatkichlar bilan ishlov berilgan qog'ozli chiziqlar.Namunaning pH qiymatini o'lchash uchun rang o'lchash vositasidan foydalanish mumkin. Agar shisha misol bilan to'ldirilgan bo'lsa va reagent pHga bog'liq bo'lgan rang o'zgarishini hosil qilish uchun qo'shiladi. Rang pH qiymatini aniqlash uchun grafikka yoki standartga nisbatan taqqoslanadi.Haddan tashqari pH o'lchashdagi muammolar
Laboratoriya sharoitlarida juda kislotali va asosiy echimlar topilishi mumkin. Tog'-kon sanoati - odatdagidek kislotali suvli eritmalar ishlab chiqaradigan vaziyatning yana bir misolidir. Shaffof elektrotlar ishlatilganda, Nernst qonuni ushbu sharoitda aniq bo'lmaganligi sababli, 2,5 va undan yuqori pH qiymatlarini 10,5 atrofida o'lchash uchun maxsus metodlarni qo'llash kerak. Ioni kuchlanish o'zgarishi elektrod potensialinita'sir qiladi. Maxsus elektrodlar ishlatilishi mumkin, aks holda pH o'lchovlarini eslab qolish muhim, oddiy echimlardagi kabi aniq bo'ladi.

pH eritmadagi gidroksoniy ionlarining (H3O+) molyar konsentratsiyasi manfiy logarifmi (10 asosda) p[H] ga yaqindir, biroq teng emas; past pH gidroksoniy ionlari konsentratsiya yuqoriligini, baland pH esa past konsentratsiya pastligini bildiradi. Bu manfiy logarifm oʻnlik nuqtadan keyingi xonalar soniga mos keladi, masalan, 0.1 molyar HCl pHi 1 atrofida, 0.0001 molar HCl pHi esa 4 ga yaqin boʻlishi kerak (chunki 0.1 va 0.0001 larning 10 asosli logarifmlari mos ravishda -1 va -4 ga teng). Sof (ionsizlashgan) suv neytral boʻlib, juda kuchsiz kislota yoki asos, deb qaralishi mumkin, zero uning pHi 25 °C da 7, yoki 0.0000001 M H+ dir.[2] pH chegarasi yoʻq, u 0 dan past yoki 14 dan baland boʻla oladi,[3] biroq suvli eritmada u suvning kislotaligi va asosligi bilan cheklanadi. Suvli eritma pHi baland boʻlishi uchun unda siyrak vodorod ionlarini bogʻlab oluvchi asos eritilishi lozim. Suvdagi vodorod ionlari solvatatsiyani hisobga olish uchun oddiygina H+ yoki gidroksoniy (H3O+) yoki yuqoriroq turlar (msl., H3O+) deb yozilish mumkin, biroq bularning bari bir xil maʼnoni bildiradi. Yer sirtidagi aksariyat chuchuk suv havzalari karbonat angidrid erishi tufayli ozgina kislotalidir;[4] va ularning pHi 7 dan past.

pHning p[H]dan farqi faollik faktoridadir. Bu vodorod ionlarining eritmaning boshqa komponentlari bilan aloqa qilish tendensiyasini bildiradi, qaysiki boshqa hodisalar bilan birgalikda pH metr ishlatishda elektr potensialga taʼsir etadi. Natijada pH eritmaning ionli kuchliligi tufayli oʻzgaradi: masalan, 0.05 M PH eritmasi qoʻshilgan kaliy xlorid (bu tuz na kislotali, na asosli ekanligiga qaramay) tufayli pH 0.5 birlikka oʻzgarishi mumkin.

Vodorod ioni faollik koeffitsientini oʻlchash uchun termodinamik jihatdan oson metod mavjud emas,

shuning uchun bu koʻrsatkich nazariy hisoblashga asoslanadi. Shuning uchun pH shkalasi amaliyotda pHlari xalqaro kelishuv bilan aniqlangan standart eritmalar majmuiga bogʻlab qoʻyilgan. Asosiy pH standart qiymatlari Bates-Guggenheim konvensiyasidan (talaffuzi: Beyts-Guggenhaym) foydalanib, vodorod gaz elektrodi yordamida aniqlangan.
Kimyoda pH (talaffuzi: pe-hash; ingl. potential Hydrogen - "potensial vodorod") suvli eritmaning kislota yoki asosligi oʻlchovidir. Sof suv neytraldir, uning pHi 25 °C haroratda 7.0 ga yaqin. pHi 7 dan kichik eritmalar kislotali, 7 dan katta eritmalar esa asoslidir. pH oʻlchovlar tibbiyot, biologiya, kimyo, agronomiya, okeanshunoslik, tabiatshunoslik, muhandislik va boshqa sohalarda juda muhimdir.

2. 1 Bufer eritman pH qiymatini hisoblash

Bufer hajmi qanday bo'lishidan oldin, avval buferlarni tushunishimiz kerak. A bufer unga cheklangan miqdordagi kislota yoki asos qo'shilganda pH o'zgarishiga qarshilik ko'rsatadigan birikma. Bufer eritmasining kimyoviy tarkibi odatda zaif kislota yoki uning tuzi bilan birga kuchsiz asosni o'z ichiga oladi.Hozir, Bufer hajmi pH qiymatining o'zgarishiga qarshi turish samaradorligining o'lchovi sifatida aniqlanishi mumkin. Ushbu ta'rifda "muhim o'zgarish nimada?" Degan savolga biroz muammo tug'diradi, ba'zida 1 birlik o'zgarishi hech qanday jiddiy o'zgarishlarga olib kelmaydi. Boshqa paytlarda, hatto 0,1 birlik o'zgarishi ham sezilarli farqni keltirib chiqarishi mumkin. Shunday qilib, aniqroq ta'rif berish uchun bufer sig'imi uni bir pH birligi bilan o'zgartirish uchun bir litr eritmaga qo'shilishi kerak bo'lgan kuchli kislota yoki kuchli asos miqdori sifatida aniqlanishi mumkin. Bufer hajmi tenglamasi quyidagicha: bu erda n - qo'shilgan kuchli bazaning ba'zi ekvivalentlari (1 L eritma uchun). E'tibor bering, n mol kislota pH qiymatini bir xil qiymatga o'zgartiradi, lekin teskari yo'nalishda. Biz bufer hajmini pH va bufer konsentratsiyasi bilan bog'laydigan formulani chiqaramiz.Bufer hajmi: Ta'rif va hisoblash . Shaxsan men birinchi marta shisha idishning pastki qismidagi suyuq perkolatni eritmaning pushti yoki qizil rangga aylanishini sabr-toqat bilan kutib, ruxsat berganimda, bu meni rostan ham o'zini olim deb his qildi! Biroq, nima uchun bu eritma faqat ma'lum miqdordagi kimyoviy moddalar qo'shilganda rangini o'zgartiradi? Ushbu javobni olish uchun biz eritmaning ajralmas xususiyatlarini tushunishimiz kerak. Bufer hajmi qanday bo'lishidan oldin, avval buferlarni tushunishimiz kerak. A bufer unga cheklangan miqdordagi kislota yoki asos qo'shilganda pH o'zgarishiga qarshilik ko'rsatadigan birikma. Eritmasining kimyoviy tarkibi odatda zaif kislota yoki uning tuzi bilan birga kuchsiz asosni o'z ichiga oladi. Hozir, Bufer hajmi tamponning pH qiymatining o'zgarishiga qarshi turish samaradorligining o'lchovi sifatida aniqlanishi mumkin. Ushbu ta'rifda "muhim o'zgarish nimada?" Degan savolga biroz muammo tug'diradi, ba'zida 1 birlik o'zgarishi hech qanday jiddiy o'zgarishlarga olib kelmaydi. Boshqa paytlarda, hatto 0,1 birlik o'zgarishi ham sezilarli farqni keltirib chiqarishi mumkin. Shunday qilib, aniqroq ta'rif berish uchun bufer sig'imi uni bir pH birligi bilan o'zgartirish uchun bir litr eritmaga qo'shilishi kerak bo'lgan kuchli kislota yoki kuchli asos miqdori sifatida aniqlanishi mumkin. Bufer hajmi tenglamasi quyidagicha: bu erda n - qo'shilgan kuchli bazaning ba'zi ekvivalentlari (1 L eritma uchun). E'tibor bering, n mol kislota pH qiymatini bir xil qiymatga o'zgartiradi, lekin teskari yo'nalishda. Bufer konsentratsiyasi bilan bog'laydigan formulani chiqaramiz. Bufer tenglamasini qanday yozish mumkinligini ko'rdik, endi yuqoridagi tenglamaga qanday kelganimizni yaxshiroq tushunish uchun uni keltirib chiqarishga harakat qilaylik. Ushbu kelib chiqishni biroz osonlashtirish uchun biz monoprotik asosni yaratamiz (faqat bitta protonni qabul qiladigan asos). Shuningdek, biz hajmni bitta deb hisoblaymiz, chunki bu kontsentratsiyani va mollar sonini bir-birining o'rnida davolashda yordam beradi. Biz qabul qilgan eritmaning zaryad balansi quyidagi tenglama bilan namoyish etiladi: [A -] + [OH +] = [B +] + [H +] [B +] eritmada kuchli asos konsentratsiyasi mavjudligini bildiradi. [B +] ham n birinchi bufer hajmi tenglamasida mavjud. Endi buferning umumiy kontsentratsiyasi quyidagi tenglama bilan berilgan: Yuqoridagi tenglamadagi kichik tarkibiy elementlarga bo'linishi mumkin. Kattaroq, murakkab birikmaning mayda asosiy elementlarga bo'linishi dissotsiatsiya doimiysi deb nomlanadi. Dissotsiatsiya doimiysi hosilani soddalashtirishga yordam beradi. Quyidagi tenglamadagi K kislota dissotsilanish konstantasidir. Bu molekula kislota vazifasini qanchalik oson bajarishi bilan bog'liq. Bufer echimlarini to'rt turga bo'lish mumkin. Og'ir kislotani o'z ichiga olgan bufer echimlari. Azot kabi har qanday og'ir kislota kam pH buferi sifatida ishlatilishi mumkin. Kuchli kislotalar suvli echimlarda mutlaqo ajralib turadi va shuning uchun ularning echimlari gidrokson ionlarining yuqori konsentratsiyasi bilan ajralib turadi. Kam miqdor kislota yoki kislota kislotasi uchun bazadan iborat kuchli kislotalarga kuchli ta'sir ko'rsatadi.

Masalan, agar 100 sm3 nitrat kislotasi eritmasi 0,01 mol / dm3 konsentratsiyasi bilan 1 sm3 qo'shing xlorid kislotasi 0,1 Mol / Dm3 kontsentratsiyasi bilan u 2.00 dan 1,96 gacha pasayadi. 0,04 bo'yicha pH o'zgarishi unchalik ahamiyatsiz deb hisoblanishi mumkin. Hydretik kislota qo'shishdan oldin va keyin eritmaning yuqoridagi pH qiymatlarini tekshirish uchun tenglama ishlatilishi kerak.

Hozirda taqqoslash pHni kamaytirishning ahamiyatsizligini kamaytirishning natijasi 0,1 Mol / Dm3 1 dan 100 sm3 gacha bo'lgan eritma qo'shilishi natijasida. Bunday holda, pH qiymati 7.00 dan 4,00 gacha pasayadi. Aniq toza suv Bu bufer echimi sifatida harakat qilmaydi, chunki u pHni bir xil darajada qo'llab-quvvatlamaydi. Bufer echimlarining kontsentratsiyasi anjirda ko'rsatilgan titratsiya egri chiziqlarining gender qismlariga mos keladi. Titratsion egri chiziqlarning bu qismlari bufer joylari deb nomlanadi. Bufer sohasida pH qiymati sezgir emas kichik o'zgarishlar Kislota yoki bazaning konsentratsiyasi. Kuchli bazani o'z ichiga olgan bufer echimlari

Har qanday kuchli bazani yuqori qiymatdagi bufer sifatida ishlatish mumkin. Masalan, kam miqdordagi kislota yoki baza kamroq miqdorda ta'sir ko'rsatadi, masalan, kontsorli konsentratsiya bilan konsentratsiya konsentratsiyasi, 10.00 dan o'zgarishi mumkin 9,96 gacha o'zgartirilgan. Ushbu holatdagi o'zgarish faqat 0,04. Ushbu natija tenglama va nisbatlar yordamida tekshirishingiz mumkin. Diladigan kislota tarkibidagi bufer echimlari 4 dan 7 gacha bo'lgan turli xil zaif kislota va uning tuzlaridan biri yordamida chidamli qiymatlar bilan bufer echimlarini olish mumkin. Buning uchun sirka kislotasi va natriy uretat aralashmasi ko'pincha ishlatiladi. Natriy asetat B. suvli eritma To'liq ionlashtirilgan Bundan farqli ravishda, sirka kislotasi faqat qisman ionlashtirilgan
Kislota qo'shganda, bu muvozanat chapga siljiydi, qo'shilgan ionlarning tarkibi pasayadi va boshlang'ich qiymat bufer echimida natriy uretat qo'shilishiga olib keladigan ionlarni katta miqdordagi ionlarni katta miqdordagi ionlarni ko'paytirishni ta'minlaydi kislota qismlari.
Bazan qo'shganda, u ionlari zararsizlantiriladi Ushbu reaktsiya oqimi natijasida ionlarni olib tashlash muvozanat o'ng tomonga siljiydi. Ionlarning kontsentratsiyasi va shuning uchun eritmaning qiymati doimiy bo'lib qoladi. Bufer

ELEKTRO KIMYOVIY USUL

Elektrokimyoviy analiz usullari — moddalarni elektr toki yordamida tekshirishga asoslangan kimyoviy analiz usullari majmui. Amalda elektrokimyoviy analizning elektroliz (elektrogravimetrik analiz, ichki elektroliz, metallarni kontakt almashtirish — sementatsiya, polyarografik analiz) va titrimetrik (ampermetrik, konduktometrik, potensiometrik titrlash) usullaridan foydalaniladi. Elektrogravimetrik analiz elektroliz natijasida hosil boʻlgan elementning massasini aniqlashga asoslangan. U, asosan, rangli, ogʻir va baʼzan qora metallarni miqdoriy aniqlashda yoki ularni bir-biridan ajratishda qoʻllanadi. Ichki elektroliz usuli turli materiallar tarkibidagi metallar miqdorini aniqlashda qoʻllanadi. Metallarni kontakt almashtirish (sementatsiya) usulidan modda tarkibida juda oz miqdorda uchraydigan metallarni ajratib olishda va ularning konsentratsiyalarini oshirishda foydalaniladi. Polyarografik usulda analiz qilinishi zarur boʻlgan modda eritmasi simob tomchilardan iborat katod yordamida elektroliz qilinadi. Bunda modda sifat va miqdoriy jihatdan analiz qilinadi (qarang Polyarimetriya). Titrimetrik usullarda neytrallanish, choʻktirish, kompleks hosil boʻlish, oksidlanish qaytarilish reaksiyalarining tugashi indikatorlar ishtirokida titrlash yoʻli bilan aniqlanadi. Ampermetrik usulda titrlashning tugashi mikroelektrod maʼlum potensialga ega boʻlganida tok kuchining keskin oʻzgarishi boʻyicha (qarang Ampermetrik titrlash), konduktometrik usulda esa eritmaning elektr oʻtkazuvchanligi oʻzgarishiga qarab aniqlanadi. Potensiometrik titrlash usulida eritmadagi moddaning konsentratsiyasini aniqlash mumkin bo'lgan kislоtа vа tuz kоntsеntrаtsiyalаri nisbаtigа tеng bo`lаdi. Ikki turdan biri oksidlanib, elektronlarni yo'qotadi, ikkinchisi esa kamayib, o'tkazilgan elektronlarni oladi. Odatda, qisqartirilgan tur eritmadagi metall kation bo'lib, u elektronlarni olish natijasida bir xil metaldan yasalgan elektrodga elektr toki bilan yotqiziladi. Boshqa barcha elektrokimyoviy hujayralar ichida eng sodda. Metall rux elektrod oksidlanib, Zn kationlarini chiqaradi suvli muhitga bu ZnSO konteynerida sodir bo'ladi chapda.O'ng tomonda CuSO bo'lgan eritma kamayadi, Cu kationlarini o'zgartiradi mis elektrodiga yotqizilgan metall misda. Ushbu reaktsiyaning rivojlanishi jarayonida elektronlar uning mexanizmlarini faollashtiruvchi tashqi zanjir orqali harakatlanadi; va shuning uchun jamoaning ishlashi uchun elektr energiyasini etkazib berish. Elektr toklari elektro kimyoviy hujayralarda hosil bo'ladi yoki iste'mol qilinadi. Elektronlarning etarli oqimini ta'minlash uchun elektr energiyasini yaxshi o'tkazadigan materiallar bo'lishi kerak. Bu erda mis, kumush yoki oltin simlar bilan ta'minlangan elektrodlar va tashqi zanjir kiradi. Elektrodlar - bu elektrokimyoviy hujayralardagi reaktsiyalar sodir bo'ladigan sirtni ta'minlovchi materiallar. Ularda paydo bo'ladigan reaktsiyaga qarab ikki tur mavjud: Oksidlanish sodir bo'ladigan anod, elektrod

Katod, kamayish sodir bo'lgan elektrod . Elektrodlar reaksiyaga kirishadigan materialdan (rux va mis); yoki inert materialdan, chunki ular platina yoki grafitdan yasalganida sodir bo'ladi. Anod chiqargan elektronlar katodga etib borishi kerak; lekin eritma orqali emas, balki ikkala elektrodni tashqi zanjirga qo'shadigan metall simi orqali.

Elektrolitlar eritmasi

Elektrodlarni o'rab turgan eritma ham muhim rol o'ynaydi, chunki u kuchli elektrolitlar bilan boyitilgan; kabi: KCl, KNO3, NaCl va boshqalar. Ushbu ionlar ma'lum darajada elektronlarning anoddan katod tomon siljishini, shuningdek ularning kamayishi kerak bo'lgan turlar bilan ta'sir o'tkazish uchun elektrodlar yaqinida o'tkazilishini ma'qullashadi. Masalan, dengiz suvi distillangan suvga qaraganda elektr tokini ancha yaxshi o'tkazadi, ionlarning konsentratsiyasi pastroq bo'ladi. Shuning uchun elektrokimyoviy xujayralar tarkibiy qismlari orasida kuchli elektrolitlar eriydi.Katod, kamayish sodir bo'lgan elektrod

Elektrodlar reaksiyaga kirishadigan materialdan tayyorlanishi mumkin, xuddi hujayrasi singari (rux va mis); yoki inert materialdan, chunki ular platina yoki grafitdan yasalganida sodir bo'ladi. Anod chiqargan elektronlar katodga etib borishi kerak; lekin eritma orqali emas, balki ikkala elektrodni tashqi zanjirga qo'shadigan metall simi orqali.

JJOOJGCHGHVHHCHFHFHVHGHYC
Bufer hajmi: Ta'rif va hisoblash usuli

Agar siz o'rta maktab kimyosini eslasangiz yoki kimyo 101 kabi kollej kursida o'qigan bo'lsangiz, siz titrlash testini o'tkazgan bo'lasiz. Shaxsan men birinchi marta shisha idishning pastki qismidagi suyuq perkolatni eritmaning pushti yoki qizil rangga aylanishini sabr-toqat bilan kutib, ruxsat berganimda, bu meni rostan ham o'zini olim deb his qildi! Biroq, nima uchun bu eritma faqat ma'lum miqdordagi kimyoviy moddalar qo'shilganda rangini o'zgartiradi? Ushbu javobni olish uchun biz eritmaning ajralmas xususiyatlarini tushunishimiz kerak.

Ta'rif
Bufer hajmi qanday bo'lishidan oldin, avval buferlarni tushunishimiz kerak. A bufer unga cheklangan miqdordagi kislota yoki asos qo'shilganda pH o'zgarishiga qarshilik ko'rsatadigan birikma. Tampon eritmasining kimyoviy tarkibi odatda zaif kislota yoki uning konjugat tuzi bilan birga kuchsiz asosni o'z ichiga oladi.

Hozir, Bufer hajmi tamponning pH qiymatining o'zgarishiga qarshi turish samaradorligining o'lchovi sifatida aniqlanishi mumkin. Ushbu ta'rifda "muhim o'zgarish nimada?" Degan savolga biroz muammo tug'diradi, ba'zida 1 birlik o'zgarishi hech qanday jiddiy o'zgarishlarga olib kelmaydi. Boshqa paytlarda, hatto 0,1 birlik o'zgarishi ham sezilarli farqni keltirib chiqarishi mumkin. Shunday qilib, aniqroq ta'rif berish uchun tampon sig'imi uni bir pH birligi bilan o'zgartirish uchun bir litr eritmaga qo'shilishi kerak bo'lgan kuchli kislota yoki kuchli asos miqdori sifatida aniqlanishi mumkin. Bufer hajmi tenglamasi quyidagicha: bu erda n - qo'shilgan kuchli bazaning ba'zi ekvivalentlari (1 L eritma uchun). E'tibor bering, n mol kislota pH qiymatini bir xil qiymatga o'zgartiradi, lekin teskari yo'nalishda. Biz bufer hajmini pH, pKa va bufer konsentratsiyasi bilan bog'laydigan formulani chiqaramiz.

Hisoblash
Bufer tenglamasini qanday yozish mumkinligini ko'rdik, endi yuqoridagi tenglamaga qanday kelganimizni yaxshiroq tushunish uchun uni keltirib chiqarishga harakat qilaylik. Ushbu kelib chiqishni biroz osonlashtirish uchun biz monoprotik asosni yaratamiz (faqat bitta protonni qabul qiladigan asos). Shuningdek, biz hajmni bitta deb hisoblaymiz, chunki bu kontsentratsiyani va mollar sonini bir-birining o'rnida davolashda yordam beradi. Biz qabul qilgan eritmaning zaryad balansi quyidagi tenglama bilan namoyish etiladi:

[A -] + [OH +] = [B +] + [H +]

[B +] eritmada kuchli asos konsentratsiyasi mavjudligini bildiradi. [B +] ham n birinchi bufer hajmi tenglamasida mavjud. Endi buferning umumiy kontsentratsiyasi quyidagi tenglama bilan berilgan:

Cbuff = [HA] + [A–]
Yuqoridagi tenglamadagi [AH] kichik tarkibiy elementlarga bo'linishi mumkin. Kattaroq, murakkab birikmaning mayda asosiy elementlarga bo'linishi dissotsiatsiya doimiysi deb nomlanadi. Dissotsiatsiya doimiysi hosilani soddalashtirishga yordam beradi. Quyidagi tenglamadagi Ka kislota dissotsilanish konstantasidir. Bu molekula kislota vazifasini qanchalik oson bajarishi bilan bog'liq.

[HA] = ([H +] [A -]) / Ka

Endi yuqoridagi tenglama bufer kontsentrat tenglamasida almashtirilib, quyidagi tenglamani beradi:
Cbuff = ([H +] [A -]) / Ka + [A–]

Endi [A–] ni umumiy omil va LCM ni yuqoridagi tenglamani soddalashtirish uchun qabul qilsak, biz quyidagi tenglamani olamiz:

[A -] = (Cbuff + Ka) / (Ka + H +)

Oldinga siljishdan oldin, biz ushbu hosilani yaxshilab o'rash uchun zarur bo'lgan bitta muhim ta'rifni tushunib olishimiz kerak, bu " suv ionlash doimiysi yoki suvning o'z-o'zini ionlashtirishi. The suvning o'z-o'zini ionlashtirishi bu toza suvda yoki suvli eritmada sodir bo'lgan ionlanish reaktsiyasi bo'lib, unda H2O vodorod atomlaridan birining yadrosini yo'qotib, gidroksidi ioni OH− ga aylanadi.

Endi zaryad balansi tenglamasi, [A–] ekvivalenti va suvning ionlash doimiysi yordamida biz quyidagi tenglamaga kelishimiz mumkin:

Tenglamada keltirilgan dastlabki ikkita atama eritmadagi buferga bog'liq emas. Ular yuqori (yoki past) pH eritmasi pH o'zgarishiga chidamli bo'lishini anglatadi. Bu shuni ko'rsatadiki, pH-da ekstremal bo'lgan ba'zi eritmalar, hatto bufer eritmasisiz ham o'zgarishlarga chidamli.

Yuqoridagi grafikda sirka tamponining 0,1 M-da bufer hajmi o'zgarishi ko'rsatilgan. Kutilganidek, bufer ekvolyar eritmani ushlab turish uchun kislota va asos qo'shilishiga qarshilik ko'rsatadi (pH = pKa bo'lganda). Grafadan ko'rinib turibdiki, bufer hajmi faqat pKa qiymatiga yaqin pH qiymati uchun oqilona yuqori qiymatlarga ega: eng maqbul qiymatdan qanchalik uzoq bo'lsa, eritmaning bufer hajmi past bo'ladi. PH 8-10 konjugat asosini o'z ichiga olgan eritma tampon hajmi nolga teng, pH darajasi yuqori bo'lsa, kuchli tayanch borligi muhim rol o'ynay boshlaydi. PH qiymati 3 dan past bo'lgan sirka kislota eritmasida pH allaqachon H + kationlarining yuqori konsentratsiyasi tufayli o'zgarishlarga chidamli bo'lishi uchun etarli darajada past.8888

shuni ko'rsatadiki, kislota ajralganda teng miqdordagi vodorod ioni va anion hosil bo'ladi. Ushbu uchta komponentning muvozanat konsentratsiyasini an da hisoblash mumkin ICE jadvali (ICE "boshlang'ich, o'zgarish, muvozanat" degan ma'noni anglatadi).

Monoprotik kislota uchun ICE jadvali

[HA] [A−] [H+]
Men C0 0 y
C −x x x
E C0 − x x x + y
Birinchi qator, belgilangan Men, dastlabki shartlarni sanab beradi: kislota kontsentratsiyasi C0, dastlab ajralib chiqmagan, shuning uchun A kontsentratsiyasi− va H+ nolga teng bo'ladi; y ning boshlang'ich konsentratsiyasi qo'shildi xlorid kislota kabi kuchli kislota. Agar natriy gidroksidi kabi kuchli gidroksidi qo'shilsa, unda y manfiy belgiga ega bo'ladi, chunki gidroksidi eritmadan vodorod ionlarini olib tashlaydi. Ikkinchi qator, belgilangan C "o'zgarish" uchun, kislota ajralganda yuz beradigan o'zgarishlarni aniqlaydi. Kislota konsentratsiyasi miqdori kamayadi -xva A kontsentratsiyasi− va H+ ikkalasi ham + miqdoriga ko'payadix. Bu muvozanat ifodasidan kelib chiqadi. Uchinchi qator, belgilangan E "muvozanat" uchun dastlabki ikkita qatorni qo'shib, muvozanatdagi kontsentratsiyalarni ko'rsatadi.

Topmoq x, konsentrasiyalar bo'yicha muvozanat konstantasi formulasidan foydalaning:

{ displaystyle K _ { text {a}} = { frac {[{ ce {H +}}] [{ ce {A -}}]} {[{ ce {HA}}]}}.}

ICE jadvalining oxirgi qatorida topilgan qiymatlar bilan kontsentratsiyalarni almashtiring:

{ displaystyle K _ { text {a}} = { frac {x (x + y)} {C_ {0} -x}}.}

Soddalashtiring

{ displaystyle x ^ {2} + (K _ { text {a}} + y) x-K _ { text {a}} C_ {0} = 0.}

Uchun maxsus qiymatlar bilan C0, Ka va y, bu tenglamani echish mumkin x. PH = -log deb faraz qilsak10[H+], pH qiymatini pH = -log sifatida hisoblash mumkin10(x + y).
Polyprotik kislotalar
Ushbu rasmda limon kislotasining protonatsion turlarining nisbiy foizlari p H. funktsiyasi sifatida chizilgan. Limon kislotasi uchta ionlashtiriladigan vodorod atomiga va shu bilan uchta p K A qiymatiga ega. Eng past p K A ostida uch protonli tur ustunlik qiladi; eng past va o'rta p K A o'rtasida ikki baravar protonlangan shakl ustunlik qiladi; o'rta va eng yuqori p K A o'rtasida yakka protonli shakl ustunlik qiladi; va eng yuqori p K A dan yuqori bo'lganida, limon kislotasining himoyalanmagan shakli ustunlik qiladi.
% turlarining shakllanishi limon kislotasining 10 millimolyar eritmasi uchun hisoblab chiqilgan
Polyprotik kislotalar - bu bir nechta protonni yo'qotishi mumkin bo'lgan kislotalar. Birinchi protonning dissotsilanish doimiysi quyidagicha belgilanishi mumkin Ka1va ketma-ket protonlarning ajralishi uchun konstantalar Ka2, va boshqalar. Limon kislotasi polyprotik kislota H ning misoli3A, chunki u uchta protonni yo'qotishi mumkin.
Ajralish konstantalari
Muvozanat Limon kislotasi
H3A ⇌ H2A− + H+ pKa1 = 3.13
H2A− ⇌ HA2− + H+ pKa2 = 4.76
Elektiro kimyoviy usul 8888
A2− . A3− + H+ pKa3 = 6.40
Bir-biridan farq qiladigan pKa qiymatlari taxminan 3 dan kam, muvozanatda turlarning mavjud bo'lishining pH oralig'ida bir-biriga o'xshashlik mavjud. Farq qancha kichik bo'lsa, shuncha ko'p qoplanadi. Limon kislotasi bo'yicha bir-birining ustiga chiqish juda katta va limon kislotasining eritmalari pH 2,5 dan 7,5 gacha bo'lgan oralig'ida buferlanadi.

PH ni poliprotik kislota bilan hisoblash uchun a talab qilinadi spetsifikatsiyani hisoblash bajarilishi kerak. Limon kislotasi uchun bu massa muvozanatining ikkita tenglamasini echishga olib keladi:

CA kislotaning analitik konsentratsiyasi, CH qo'shilgan vodorod ionlarining analitik konsentratsiyasi, βq ular kümülatif assotsiatsiya konstantalari:
Kw uchun doimiy suvning o'z-o'zini ionlashtirishi. Ikki bor chiziqli emas bir vaqtning o'zida tenglamalar ikki noma'lum miqdorlarda [A3−] va [H+]. Ushbu hisoblash uchun ko'plab kompyuter dasturlari mavjud. Limon kislotasi uchun spetsifikatsiya diagrammasi HySS dasturi bilan ishlab chiqarilgan.[10]

N.B. Kümülatif, umumiy konstantalarni raqamlash bosqichma-bosqich, dissotsilanish konstantalarini raqamlashning teskarisidir.

ELEKTRO KIMYOVIY USUL

Elektrokimyoviy analiz usullari — moddalarni elektr toki yordamida tekshirishga asoslangan kimyoviy analiz usullari majmui. Amalda elektrokimyoviy analizning elektroliz (elektrogravimetrik analiz, ichki elektroliz, metallarni kontakt almashtirish — sementatsiya, polyarografik analiz) va titrimetrik (ampermetrik, konduktometrik, potensiometrik titrlash) usullaridan foydalaniladi.

Elektrogravimetrik analiz elektroliz natijasida hosil boʻlgan elementning massasini aniqlashga asoslangan. U, asosan, rangli, ogʻir va baʼzan qora metallarni miqdoriy aniqlashda yoki ularni bir-biridan ajratishda qoʻllanadi. Ichki elektroliz usuli turli materiallar tarkibidagi metallar miqdorini aniqlashda qoʻllanadi. Metallarni kontakt almashtirish (sementatsiya) usulidan modda tarkibida juda oz miqdorda uchraydigan metallarni ajratib olishda va ularning konsentratsiyalarini oshirishda foydalaniladi. Polyarografik usulda analiz qilinishi zarur boʻlgan modda eritmasi simob tomchilardan iborat katod yordamida elektroliz qilinadi. Bunda modda sifat va miqdoriy jihatdan analiz qilinadi (qarang Polyarimetriya). Titrimetrik usullarda neytrallanish, choʻktirish, kompleks hosil boʻlish, oksidlanishqaytarilish reaksiyalarining tugashi indikatorlar ishtirokida titrlash yoʻli bilan aniqlanadi. Ampermetrik usulda titrlashning tugashi mikroelektrod maʼlum potensialga ega boʻlganida tok kuchining keskin oʻzgarishi boʻyicha (qarang Ampermetrik titrlash), konduktometrik usulda esa eritmaning elektr oʻtkazuvchanligi oʻzgarishiga qarab aniqlanadi. Potensiometrik titrlash usulida eritmadagi moddaning konsentratsiyasini aniqlash mumkin.ingаn kislоtа vа tuz kоntsеntrаtsiyalаri nisbаtigа tеng bo`lаdi.

Ikki turdan biri oksidlanib, elektronlarni yo'qotadi, ikkinchisi esa kamayib, o'tkazilgan elektronlarni oladi. Odatda, qisqartirilgan tur eritmadagi metall kation bo'lib, u elektronlarni olish natijasida bir xil metaldan yasalgan elektrodga elektr toki bilan yotqiziladi. Boshqa tomondan, oksidlanadigan turlar metall bo'lib, metall kationlariga aylanadi.

Masalan, yuqoridagi rasm Denielning hujayrasini aks ettiradi: barcha elektrokimyoviy hujayralar ichida eng sodda. Metall rux elektrod oksidlanib, Zn kationlarini chiqaradi2+ suvli muhitga Bu ZnSO konteynerida sodir bo'ladi4 chapda.O'ng tomonda CuSO bo'lgan eritma4 kamayadi, Cu kationlarini o'zgartiradi2+ mis elektrodiga yotqizilgan metall misda. Ushbu reaktsiyaning rivojlanishi jarayonida elektronlar uning mexanizmlarini faollashtiruvchi tashqi zanjir orqali harakatlanadi; va shuning uchun jamoaning ishlashi uchun elektr energiyasini etkazib berish.

Elektrokimyoviy hujayralarning tarkibiy qismlari

Elektrodlar
Elektr toklari elektrokimyoviy hujayralarda hosil bo'ladi yoki iste'mol qilinadi. Elektronlarning etarli oqimini ta'minlash uchun elektr energiyasini yaxshi o'tkazadigan materiallar bo'lishi kerak. Bu erda mis, kumush yoki oltin simlar bilan ta'minlangan elektrodlar va tashqi zanjir kiradi.

Elektrodlar - bu elektrokimyoviy hujayralardagi reaktsiyalar sodir bo'ladigan sirtni ta'minlovchi materiallar. Ularda paydo bo'ladigan reaktsiyaga qarab ikki tur mavjud:

-Oksidlanish sodir bo'ladigan anod, elektrod
Katod, kamayish sodir bo'lgan elektrod

Elektrodlar reaksiyaga kirishadigan materialdan tayyorlanishi mumkin, xuddi Doniyor hujayrasi singari (rux va mis); yoki inert materialdan, chunki ular platina yoki grafitdan yasalganida sodir bo'ladi.

Anod chiqargan elektronlar katodga etib borishi kerak; lekin eritma orqali emas, balki ikkala elektrodni tashqi zanjirga qo'shadigan metall simi orqali.

Elektrolitlar eritmasi

Elektrodlarni o'rab turgan eritma ham muhim rol o'ynaydi, chunki u kuchli elektrolitlar bilan boyitilgan; kabi: KCl, KNO3, NaCl va boshqalar. Ushbu ionlar ma'lum darajada elektronlarning anoddan katod tomon siljishini, shuningdek ularning kamayishi kerak bo'lgan turlar bilan ta'sir o'tkazish uchun elektrodlar yaqinida o'tkazilishini ma'qullashadi.

Masalan, dengiz suvi distillangan suvga qaraganda elektr tokini ancha yaxshi o'tkazadi, ionlarning konsentratsiyasi pastroq bo'ladi. Shuning uchun elektrokimyoviy xujayralar tarkibiy qismlari orasida kuchli elektrolitlar eriydi.Katod, kamayish sodir bo'lgan elektrod

Elektrodlar reaksiyaga kirishadigan materialdan tayyorlanishi mumkin, xuddi Doniyor hujayrasi singari (rux va mis); yoki inert materialdan, chunki ular platina yoki grafitdan yasalganida sodir bo'ladi.

Anod chiqargan elektronlar katodga etib borishi kerak; lekin eritma orqali emas, balki ikkala elektrodni tashqi zanjirga qo'shadigan metall simi orqali.

XULOSA
Bufer eritmalarni pH qiymatini ellektor kimyoviy usulda aniqlash deb buning uchun bufer eritma nimaligini bilib olishimiz kerak .Bufer eritma aralashmalar — vodorod (H) ionlarining ma’lum konsentratsiyasini saqlab turuvchi sistemalar. Bufer eritmalar suyultirilganda yoki ularga bir oz kislota yoki ishqor qo‘shilganda ham muayyan kislotali xossalari deyarli o‘zgarmaydi. Bufer.sistemaga sirka kislotasi CH3 COOH bilan uning natriyli tuzi CH3 COONa aralashmasi misol bo‘la oladi. Bufer eritmalar bufer sig’imi bilan harakterlanadi. Bufer eritmaning pH ini ko’pi bilan bir-birlikka o’zgartirish uchun unga qo’shish mumkin bo’lgan muayyan konsentratsiyali kuchli kislota yoki ishqorning eng ko’p miqdori bufer sig’imi deyiladi. Bufer eritmalardan analizda foydalanishda quyidagilarni hisobga olish kerak:
1. Har qanday bufer eritma kislota yoki ishqor qo’shilganda PH ning
doimiyligini saqlab turuvchi muayyan bufer sig’imiga ega bo’ladi.
2. Bufer eritmadagi komponentlarning konsentrassiyasi qancha katta
bo’lsa, bufer sig’imi shuncha katta bo’ladi.
3. Tarkibida bir hil konsentrasi yali kuchsiz kislota va uning tuzi yoki
kuchsiz asos va uning tuzi bo’lgan eritmaning bufer sig’imi eng yuqori bo’ladi.
4. Bufer eritmaga kislota yoki ishqor qo’shilgan sari eritmaning
o’zgarishiga turg’unligi kamayib boradi. Eritmani pH qiymati bu pH suvli eritmaning vodorod ionining kontsentratsiyasining logaritmik o'lchovidir : pH = -log [H + ] log 10 taglik logaritma va [H + ] litrda mollarda vodorod ionining kontsentratsiyasi pH 7 ning quyi pH qiymati kislotali va 7 dan katta pH qiymati asosiy bo'lgan suvli eritmaning kislotali yoki asosli ekanligini tasvirlaydi. 7-pH qiymati neytral hisoblanadi . Elektor kimyoviy usulda moddalarni elektr toki yordamida tekshirishga asoslangan kimyoviy analiz usullari majmui. Umumiy aytganda bufer eritma pH piymatini elector kimyoviy usulda aniqlash deb eritmani buferlik sig'imini elektor tiki yordamida aniqlash asoslangan.