Obtiene un tampón al reunir una solución de un ácido débil y su base conjugada o viceversa.
En realidad, esto se puede hacer tomando un ácido débil (aquí, acético) y generando una buena cantidad de su base conjugada agregando una base fuerte. Si supone que desea que exactamente la mitad de su ácido débil permanezca en la forma protonada y exactamente la mitad para ionizarse, lo que genera los mejores tampones, debe organizar la solución de una manera que induzca eso. El pH es la variable más importante aquí.
Entonces … eso es un montón de basura que te acabo de pedir que tomes en especificación. Devuelvamos algo de eso.
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Primero, ¿por qué las bases ácido / conjugado mitad ionizadas y mitad sinionizadas son el mejor tampón?
- Porque si agrega un montón de ácido fuerte, protonará lo más fácil que pueda (cinéticamente), y terminará protonando la mejor base sentada en solución cuando llegue al equilibrio (termodinámico). Por lo tanto, la mejor base sentada en cualquier concentración debe ser la base conjugada (acetato) en lugar del disolvente primario (H2O). De esa manera, agregar un montón de ácido fuerte producirá un resultado final de alterar el equilibrio de acetato de ácido acetato (que no afecta la concentración [H3O +], a / k / a el pH).
- Porque si agrega un montón de base fuerte, se fugará un protón de la manera más fácil que pueda, y finalmente se fugará un protón del ácido débil en lugar del solvente primario. De esa manera, agregar un montón de base fuerte producirá un resultado final de alterar el equilibrio de acetato de ácido acetato (que no afecta la concentración [H3O +], a / k / a el pH).
Ponga esos dos juntos y simplifique: si prepara una solución de agua que contiene un montón de ácido acético, la mitad de la cual está desprotonada, ENTONCES esa solución será estable al pH incluso si agregamos un montón de ácido fuerte o un montón de base fuerte .
Entonces, ¿cómo nos aseguramos de obtener exactamente la mitad de nuestro ácido acético para disociar? Bueno, una cosa es que es mejor no ser un ácido fuerte, porque los ácidos fuertes son fuertes porque (por definición) existen en su forma ionizada en solución de agua [generalmente (la parte ‘por definición’)]. Es mejor que su base conjugada no sea tan fuerte, por la razón inversa.
Por suerte para nosotros, el acético glacial es bastante débil, como lo define su pKa = 4.7. Podría hacer algunos cálculos y mostrarle que, para la mayoría de las soluciones simples a base de agua sin química extraña, si establece pH = pKa de su ácido débil objetivo, entonces exactamente la mitad de dicho ácido débil será protonado y la otra mitad no . Y listo, eso te dice cómo obtener tu tampón: agrega suficiente acético al agua para que el pH sea 4.7. con suerte no necesitarás agregar NaOH.
Por lo tanto, un tampón de ácido acético / acetato se amortiguará cuando su pH = pKa. El pKa de ácido acético es de aproximadamente 4.7. Hmm, y quieres un búfer de fuerza 4.6 … probablemente porque tu referencia enumera un pKa ligeramente diferente para el acético que el mío. Asumamos que ese es el caso.
Entonces, en lugar de reducir el pH del acético + agua agregando suficiente acético para “simplemente hacerlo”, ha agregado un montón de NaOH. esa es a veces una buena idea, porque elevará el pH más de lo que lo hará el agua … Y, por lo tanto, hasta cierto punto, le permitirá compensar agregando más acético y obteniendo un mejor tampón. pero recuerda. su buffer tiene que ser 4.6ish. tener cualquier potencial de amortiguación puede variar, pero solo en menos de 1 punto de pH.
¿entonces qué pasó? bueno, le pones demasiado NaOH. asumimos, por la definición de NaOH como una “base fuerte” (jaja dice mis amigos de ratas de laboratorio que juegan con amida de sodio, mis amigos de ratas de laboratorio idiotas que juegan con hidruro de sodio, y mi amigo macguiver que hace rizos con frascos de tercia- butil litio). Bueno, de todos modos, el NaOH es fuerte según nuestros estándares porque en el agua, se ioniza totalmente en OH y en algún tipo de metal que pronto olvidaremos.
Dado que el acético es débil con un pKa de 4.7ish, desechemos su solución de NaOH / ácido acético porque es demasiado básica para derribarla fácilmente y aún tiene el potencial de amortiguar a 4.6. (probablemente) Asumiremos (de manera bastante incorrecta) que su agua era 100% pura miliQ (si tiene eso en su laboratorio, llévelo a casa y bébalo. Es increíble) y con pH 7. Comience agregando ácido acético lentamente a bajar el pH Agregue una buena cantidad (5% por volumen o no amortiguará tan bien). Trate de medir el pH constantemente, y trate de NO bajarlo a 4.6. ¿Por qué? porque si es inferior a 4.6, entonces tienes demasiado H3O + dando vueltas. Desea que su ácido protonado primario sea acético, no hidronio … Si el pH de amortiguación supera en más de medio punto de pH, su solución ya no se amortiguará bien. Más de 1.5 y no amortigua en absoluto. Entonces, si baja demasiado, entonces comience a agregar gota a gota una solución pequeña y débil de NaOH para que aparezca. Por cierto, el pH no será inferior a aproximadamente 2 puntos de pH inferiores a 4,6, porque para entonces casi todo el acético estaría ionizado. Básicamente, hay dos cosas que desea evitar: (1) bajar el pH tan bajo que no tiene un potencial de amortiguación real. Esto sucede cuando agrega una tonelada de ácido acético glacial puro (o cosas que se convierten en él, como anhídrido acético o cloruro de acetilo, que probablemente no tenga de todos modos a menos que esté elaborando su propia heroína o haya tenido que explicarle alguien con autoridad sobre cómo no está preparando su propia heroína) en una cantidad bastante pequeña de agua; si lo hace, agregue su solución para duplicar su volumen de agua y luego verifique el pH; si no es bueno, titule agregando débilmente NaOH. esto no es exactamente ciencia exacta en un sentido estequiométrico [“cuánto debo agregar para llegar a …”] debido a toda la basura que ya está en el agua] (2) agregando tanto NaOH que tienes que traer el pH vuelve a bajar con un ácido más fuerte que el acético, lo que realmente interfiere con la fuerza iónica de la solución (vea la declaración previa de “toda la basura que ya está en el agua” e imagine simplemente agregar una tonelada más de dicha basura). es lo que creo que hiciste al principio y la razón por la que te dije que arrojes tu solución original).
al final del día, el agua de laboratorio, incluso purificada, tiende a estar al sur de 7 si la expones a otras cosas en el laboratorio, como … aire y demás.
su objetivo es obtener un pH de 4.6. puede obtenerlo de dos maneras: (a) agregando la cantidad correcta de acético al agua en la que está en 4.6 … y, por cierto, una vez que llegue a 4.6 comenzará a notar que tiende a quedarse alrededor de 4.6 [así que siempre y cuando su agua no comience a ser realmente ácida] … esto es lo que está buscando, por lo que es bueno, (b) agregar más acético, suficiente para reducir el pH por debajo de 4.6, entonces tiene que créelo con una base fuerte como NaOH para que se amortigüe.
teóricamente, si agrega demasiado NaOH, puede reducirlo agregando más acético, lo cual es bueno porque cuanto más acetato acetico tenga exactamente 4.6, mejor será su tampón.
sin embargo, en algún momento agregará demasiado NaOH que no importa la cantidad de acético que ponga, no va a extinguir todos los hidróxidos en la solución sin uno de los pocos efectos negativos [cosas a tener en cuenta: precipitación de cualquier sólido, la solución se separa repentinamente en una capa aceitosa y acuosa; recuerde que está haciendo un tampón, no un aderezo para ensaladas, pH realmente alto o bajo] un pH de 11 sugiere que sí, exageraste el NaOH. comenzar de nuevo. lo siento : )
