Năng suất đệm là gì

Dung dịch đệm

Dung dịch đệm là dung dịch có pH thay đổi không đáng kể khi thêm vào đó một ít axit, bazơ hay pha loãng chúng.

2. Thành phần của dung dịch đệm và cơ chế tác dụng đệm

Một hệ đệm có thể gồm các chất sau:

CH3COOH  +  CH3COONa

NaHCO3  +  Na2CO3

NH4Cl + NH3

Axit  +  Bazơ

Một cách tổng quát trong hệ đệm có mặt đồng thời với một tương quan đáng kể của hai dạng axit và bazơ của một cặp axit và bazơ liên hợp. Nghĩa là trong dung dịch đệm luôn luôn tồn tại cân bằng:

HA ⇔  H+  +  A-

Vì vậy, khi thêm vào dung dịch đệm H+, cân bằng trên sẽ dịch chuyển theo chiều nghịch tạo ra axit điện li yếu HA. Ngược lại khi thêm bazơ OH- hay pha loãng, nồng độ H+ bị giảm xuống thì đồng thời cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều thuận để tạo thêm H+ và do đó pH không bị thay đổi.

3. pH của dung dịch đệm

Giả sử dung dịch đệm gồm axit HA với nồng độ [HA], hằng số Ka và bazơ liên hợp A- với nồng độ [A-]. Từ cân bằng điện li:

HA  ⇔  H+  +  A-

Một cách tổng quát pH của dung dịch đệm:

pH = pKa + log [[bazo liên hợp]/[axit liên hợp]]

Phương trình trên gọi là phương trình Henderson – Hasellbalch.

Lưu ý: tỷ số nồng độ [[bazo liên hợp]/[axit liên hợp]] cũng là tỷ số mol của bazơ liên hợp và axit liên hợp trong dung dịch đệm.

Dựa vào phương trình Henderson – Hasellbalch, ta có thể:

- Tính pH của dung dịch đệm nếu biết pKa, [A-], [HA].

Ví dụ: Tính pH của dung dịch đệm gồm: 100ml dung dịch CH3COOH 0,1M và 50ml dung dịch CH3COONa 0,4M.

pH = 4,76 + log [[0,4x0,05]/[0,1x0,1]]  = 5,06

Kinh nghiệm cho thấy, để đảm bảo một dung dịch đệm có khả năng đậm tốt thì nồng độ của một dạng này [axit hay bazơ liên hợp] không nên gấp quá 10 lần nồng độ của dạng kia. Điều đó có nghĩa là một dung dịch đệm tốt trong khoảng pH = pKa cộng trừ 1.

Loading Preview

Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.

Rất nhiều phản ứng sinh học và hóa học cần độ pH không đổi để phản ứng diễn ra. Tuy nhiên vì nhiều tác động từ bên trong và bên ngoài như nhiệt độ, chất xúc tác… mà độ pH thay đổi và kết quả phản ứng không được chính xác như mong đợi.

Để khắc phục lỗi này, các kỹ thuật viên thường sử dụng một loại dung dịch đệm, vậy dung dịch đệm là gì? Tính chất và cách nó hoạt động, hãy cùng thiết bị Thịnh Phú tìm hiểu nha.

Dung dịch đệm là dung dịch chống lại sự thay đổi nồng độ, chỉ số pH khi thêm một lượng nhỏ axit hoặc kiềm vào dung dịch đó.

Việc sử dụng axit hoặc bazơ là thứ mang lại cho dung dịch đệm khả năng chống lại sự thay đổi pH, nó tạo ra trạng thái cân bằng giữa axit và bazơ mà các axit hoặc bazơ khác khó có thể vượt qua được.

Phân loại dung dịch đệm

Dung dịch đệm được chia thành hai loại gồm dung dịch đệm có tính axit và kiềm. 

Dung dịch đệm có tính axit

Dung dịch đệm có tính axit đơn giản là dung dịch có độ pH nhỏ hơn 7. Các dung dịch đệm có tính axit thường được tạo ra từ một axit yếu và một trong các muối của nó – thường là muối natri.

Một ví dụ phổ biến là hỗn hợp axit axetic và natri axetat trong dung dịch. Trong trường hợp này, nếu dung dịch có nồng độ mol bằng nhau của cả axit và muối thì nó sẽ có pH là 4,76. Không quan trọng nồng độ là bao nhiêu, miễn là chúng giống nhau.

Chúng ta có thể thay đổi độ pH của dung dịch đệm bằng cách thay đổi tỷ lệ axit với muối hoặc bằng cách chọn một axit khác và một trong các muối của nó.

Lưu ý: Nếu một axit rất yếu và một trong các muối của nó, điều này có thể tạo ra dung dịch đệm có tính kiềm.

Dung dịch đệm có tính bazơ

Dung dịch đệm kiềm có pH lớn hơn 7. Dung dịch đệm bazơ thường được tạo ra từ một bazơ yếu và một trong các muối của nó.

Một ví dụ thường được sử dụng là hỗn hợp dung dịch amoniac và dung dịch amoni clorua. Nếu trộn chúng theo tỉ lệ mol bằng nhau, dung dịch sẽ có pH là 9,25. Một lần nữa, không quan trọng bạn chọn nồng độ nào miễn là chúng giống nhau.

Tác dụng của dung dịch đệm

• Dung dịch đệm có nhiều ứng dụng, cả trong thực tế và trong phòng thí nghiệm.
• Độ pH đệm là cần thiết để hầu hết các enzym hoạt động chính xác.
• Dung dịch đệm được sử dụng để đảm bảo nồng độ màu thích hợp khi sử dụng thuốc nhuộm.
• Dung dịch đệm cũng được sử dụng để hiệu chuẩn thiết bị, đặc biệt là máy đo pH có thể bị hiệu chuẩn sai nếu không có dung dịch đệm.

Cần lưu ý rằng các dung dịch đệm không nhất thiết phải có độ pH trung tính, chỉ cần độ pH cân bằng. Dung dịch đệm được làm từ axit xitric, amoniac, axit axetic [được tìm thấy trong giấm với nồng độ thấp] và các hợp chất khác có thể có giá trị pH thấp hơn 2 hoặc cao hơn 10. Điều này cho phép sử dụng dung dịch đệm khi tác dụng với axit rất mạnh.

Cách hoạt động của dung dịch đệm

Dung dịch đệm phải có tính năng loại bỏ bất kỳ ion hydro hoặc ion hydroxit nào mà người dùng thêm vào nó, nếu không độ pH sẽ thay đổi. Các dung dịch đệm có tính axit và kiềm đạt được điều này theo những cách khác nhau.

Cách hoạt động của dung dịch đệm mang tính axit

Thịnh Phú sẽ lấy ví dụ về 2 loại dung dịch điển hình là hỗn hợp axit axetic và natri axetat. Ở đây, axit axetic bị ion hóa yếu trong khi natri axetat gần như bị ion hóa hoàn toàn. Các phương trình minh họa gồm:

CH3COOH  ↔  H+  + CH3COO-

CH3COONa  ↔  Na+  + CH3COC–

Đối với điều này, nếu bạn thêm một giọt axit mạnh như HCl, các ion H + từ HCl kết hợp với CH3COO-  tạo ra CH3COOH bị ion hóa yếu . Do đó, có một sự thay đổi rất nhỏ trong giá trị pH. Bây giờ, nếu ta thêm một giọt NaOH, các ion OH- phản ứng với axit tự do để tạo ra các phân tử nước không phân ly.

CH3COOH + OH-  ↔   CH3COO-  + H2O

Bằng cách này, các ion OH-  của NaOH bị loại bỏ và độ pH gần như không thay đổi.

Cách tạo dung dịch đệm từ axit citric

Để tạo dung dịch đệm axit citric, trộn axit citric với natri nitrat [bazơ liên hợp] trong nước đã khử ion hoặc nước cất, khuấy dung dịch cho đến khi bạn đạt được mức pH mong muốn.

Trộn 7,2 ml axit citric và 42,8ml natri citrat. Thêm nước khử ion vừa đủ để tổng thể tích của hỗn hợp là 100ml. Nước được sử dụng trong bộ đệm phải càng tinh khiết càng tốt [được khử ion hoặc nước cất] để duy trì độ pH trung tính [nghĩa là, để đảm bảo nước không ảnh hưởng đến mức độ pH]. Sử dụng máy đo pH để điều chỉnh độ pH và đạt được mức mong muốn. Luôn đeo kính bảo hộ và găng tay. 

Xem thêm: Oxy hòa tan [DO] là gì

Thịnh Phú hy vọng qua bài viết này mọi người sẽ hiểu rõ hơn khái niệm dung dịch đệm là gì, tầm quan trọng, ứng dụng và cách điều chế.