Puskuriliuokset ja Henderson-Hasselbalchin yhtälö

 Puskuriliuos koostuu heikosta emäksestä esim. NH3 ja sen vastinhaposta NH4+
TAI heikosta haposta esim. CH3COOH ja sen vastinemäksestä CH3COO-.

Miten puskuriliuos valmistetaan?

Katsotaanpas ensin se tuttu  ammoniakkiliuos. Eli annetaan NH3 liueta veteen.

NH3 (aq) + H2O (l) <=> NH4+ (aq) + OH- (aq)

Onkohan meidän ammoniakkiliuos puskuriliuos?!?

No ei ihan. Koska  NH4+ määrä on siinä aivan liian pieni. Sitä pitää lisätä jollain tavalla jotta saadaan puskuriliuos.
Ja kun lisätään NH4+, niin oikeastaan lisätään sen suola muotoa esim. NH4Cl.
NH4+ on kationi, eli sillä on kainalon alla anioni Cl- tasapainottamaan varausta ;)

Puskuriliuos siis koostuu heikosta emäksestä ja suunnilleen samasta määrästä sen suolaa.
TAI heikosta haposta ja suunnilleen samasta määrästä sen suolaa.

 Asia selvä. (Tämä on erittäin tärkeää muistaa).

On toinenkin tapa valmistaa puskuriliuos.

Voidaan sekoittaa heikkoa emästä + puolet sen määrästä vahvaa happoa
TAI heikkoa happoa ja puolet sen määrästä vahvaa emästä.

Esim.
Sekoitetaan heikkoa etikkahappoa CH3COOH ja puolet sen määrästä vahvaa emästä NaOH
Jos meillä on alunperin kahdeksan (CH3COOH) molekyyliä, ja lisätään neljä molekyyliä vahvaa (NaOH) niin NaOH protolysoituu täysin ja varastaa hapolta neljä H+ ionia.

 Jäljelle jää neljä molekyyliä (CH3COOH) ja neljä molekyyliä (CH3COO-).
Me siis valmistettiin puskuriliuos, jossa on samaa määrä happoa ja sen vastinemästä

Tämä on siis se puskuriliuos eikä se, jossa on heikkoa happoa ja vahvaa emästä!!!!! Me vaan valmistettiin heikolla hapolla ja vahvalla emäksellä meidän puskuriliuosta joka siis koostuu HEIKOSTA HAPOSTA JA SEN VASTINEMÄKSESTÄ!

No mitä puskuriliuos sitten tekee?!?

 Puskuriliuos estää liuoksen pH:n muutokset esim. jos lisätään pieni määrä happoa tai pieni määrä emästä.

Miten se toimi?

Tämä on hauskaa...

Otetaan esim. puskuriliuos joka koostuu etikkahapposta (CH3COOH) ja sen vastinemäksestä (CH3COO-).

Mitä tapahtuu jos lisätään puskurikiuokseen pieni määrä vahvaa suolahappoa HCL?
No HCl on happo, eli se haluaa luovuttaa protoninsa H+. Ja kuka voi sitä vastaanottaa? Emäs tietysti!

Eli HCl reagoi CH3COO- kanssa.                   

Ja koska HCl on vahvaa happo, niin se protolysoituu täysin:

Huomataan että liuoksesa EI OLE (H+) ioneja jotka tekisivät liuoksesta happaman! Eli pH ei muutu! (tai oikeastaan ei muutu paljon. Ainahan oikeassa elämässä on jonkin verran ioneja lillumassa jotka aiheutavat pieni pH:n muutos).
Verrataan jos samaa HCl reagoisi veden kanssa....täältähän löytyy vaikka kuinka paljon H+ ioneja ;)

Emäs CH3COO- on siis estänyt pH muutoksen vastaanottamalla H+ ionin ja muuttumalla CH3COOH:ksi!

Muuten, uudessa liuoksessa on siis enemmän (CH3COOH) ja vähemmän (CH3COO-), koska HCl käytti osan (CH3COO-):ta. Tämä on TOSI tärkeää ymmärtää, muuten laskut menevät päin p:tä!!!
Kiva.

Kokeillaanpas mitä tapahtuu jos lisätään meidän puskuriliuokseen vahvaa emästä NaOH.
NaOH on emäs, joten se haluaa varastaa protoneita (H+). Eli se tulee reagoimaan tietysti hapon kanssa (CH3COOH). Ja koska se on vahva emäs, niin se protolysoituu täysin.

Huomataan että liuoksessa EI OLE (OH-) ioneja jotka tekisivät liuoksesta emäksisen! Eli pH ei muutu. (Tai ei muutu paljon).
Muista, että uudessa liuoksessa on enemmän (CH3COO-) ja vähemmän (CH3COOH), koska NaOH käytti osan (CH3COOH):ta!

********************************************************************************

vink vink.
Puskuriliuos tehtävissä kysytään yleensä aina liuoksen pH.
On tärkeää muistaa, että puskuriliuos, joka on valmistettu heikosta haposta/emäksestä ja sen vastinsuolasta, sisältää sekä heikkoa happoa/emästä että sen vastinsuolaa, eli taulukossa tarvitaan molempien alkukonsentraatiot. (verrattuna edellisiin tehtäviin, jolloin meillä oli heikko happo/emäs vesiliuoksissa ja vastinemäksen/hapon alkukonsentraatio oli 0!).
Toisin sanoen: ÄLÄ kirjoitaa 0 vastinhapon/emäksen alkukonsentraationa!!!

Jos meillä on puskuriliuos, joka on valmistettu heikosta haposta/emäksestä ja puolet sen määrästä vahvasta emäksestä/haposta, niin silloin vastin hapon/emäksen alkukonsentraatio on 0! Mutta katsotaan se myöhemmin.

Ensimmäinen juttu mitä pitäisi tehdä kun on kyse puskuriliuoksista, on huomioida millä tavalla liuos on tehty, koska laskut ovat hieman erilaisia.

Tässä vaiheessa voin sanoa että aina kuin meillä on valmis puskuriliuos jossa n. puolet-puolet (eli esim. heikkoa happoa ja sen vastinemästä), niin on helpompaa käyttää Henderson- Hasselbalchin yhtälöä ja unohtaa taulukon. Mutta älä hyvä ihminen käytä Henderson-Hasselbalchin yhtälöä kuin päätön kana... varmista että liuos on puskuriliuos, jossa on jäljellä ainoastaan niitä heikkoja happoja/emäksiä.
*********************************************************************


 HENDERSON- HASSELBALCHIN YHTÄLÖ

Tätä yhtälöä käytetään jos halutaan skipata taulukko =P
Ja ainoastaan jos meillä on puskuriliuos!
Konsentraatiot ovat alkukonsentraatioita tai ainemäärät.

             Toinen muoto, jota ei hirveesti tarvita :

        

***********************************************************************************

Helppo perustehtävä.

Esim.

HUOM: laskuissa EN huomioi merkitseviä numeroita!

Puskuriliuos v = 1,0 l.

metaanihapon (HCOOH) alkukonsentraatio = 0,02066 mol/l.

Natriumetanaatin (HCOONa) alkukonsentraatio = 0,01133 mol/l.

pH = ?

Meillä on siis puskuriliuos joka on tehty heikosta haposta ja sen vastinsuolasta.

Kirjoitetaan ensin reaktioyhtälö. (Na+) ionista ei tarvitse välittää.

Tapa1.

Metaanihappo on heikko happo, haetaan taulukkokirjasta sen Ka arvo.

Tehdään tuttu taulukko

Haetaan x ja sen kautta pH.

 Noin.

Muuten, jos halutaan välttää toisen asteen yhtälöä, niin voidaan jättää pois  x:ä hapon ja emäksen loppukonsentraatiosta, koska x:n arvo on sen verran pieni ettei se vaikuta lopputulokseen. (eli voidaan käyttää hapon ja suolan ALKUKONSENTRAATIOT, mutta ainoastaan jos  kyse on puskuriliuoksesta joka on tehty heikosta haposta/emäksestä ja sen suolasta!!!).

Esim.

 Tapa 2.

Käytetään Henderson-Hasselbalchin yhtälö.

Kas näin.

********************************************************************************

Asiat vähän mutkistuu (mutta ei paljon) kun meillä on puskuriliuos, joka on valmistettu heikosta haposta/emäksestä ja noin puolet sen määrästä vahvasta emäksestä/haposta.

Esim.

Puskuriliuos  v = 1,0 l.

c(NH3) = 0,30 mol/l

c(HCl) = 0,14 mol/l

pH = ?

Meillä on siis litran liuos, jossa on heikkoa emästä (NH3) ja vahvaa happoa (HCl). Se EI ole vielä puskuriliuos! (Koska puskuriliuos koostuu heikosta emäksestä ja suunnilleen samasta määrästä sen vastinhaposta).

Nyt mitä tulee tapahtumaan heti alkuun on se, että HCl aikoo reagoida NH3 kanssa.

No mitä sitten??!

 Koska HCl  on vahva happo, se protolysoituu täysin.

Eli jos HCl ainemäärä oli  0,14 moolia (juu, käytetään mooleja nyt), niin  NH3 määrää vähenee 0,14 moolia, ja syntyy 0,14 moolia NH4+. 

HCl:stä ei ole enää mitään jäljellä, ja uudessa liuoksessa on vähemmän NH3:sta ja on syntynyt NH4+.

Nyt voidaan kirjoittaa se meidän ainoa oikea  puskuriliuoksen reaktioyhtälö:

 Ja puskuriliuoksen alkukonsentraatiot. Muuta ei tarvita.

Noin! Pahin on tehty. Nyt vaan löytämään sitä pH arvoa. Näytän kolme tapaa.

 Tapa1:

NH3 on heikko emäs, joten haetaan taulukkokirjasta sen Kb arvo.

Edellisessä tehtävässä kerroin että puskuritehtävissä voidaan käyttää alkukonsetraatiot, koska se on helpompaa =) Tällä vältetään toisen asteen yhtälö.

Tapa2:

Käytetään Henderson-Hasselbalch yhtälö: 

Muista olla tarkkana: emäs on NH3, ja Ka:n  arvo on  NH4+:n tasapainovakio. 

Tapa3:

 Käytä sitä toista Henderson-Hasselbalch yhtälöä, jos siltä tuntuu:

#Muista siis käyttää Henderson-Hasselbalch yhtälöä ainoastaan silloin kun puskuriliuos on valmis, eli kun siinä on esim heikkoa happoa ja suunnilleen samaa määrää sen vastinemästä.

#Muista käyttää valmiin puskurin alkukonsentraatioita. 

                         

*********************************************************************************

*********************************************************************************

*********************************************************************************