Зависимост между pH и pKa при буфери

Ще разгледаме връзката между РН и рКа и буферите. И най-вече в светлината на уравнението на Хендерсън-Хаселбах. Но преди да преминем към уравнението на Хендерсън-Хеселбах, което предполагам, че вече ти е известно, а ако не е, има няколко други видео клипове за него, където то се извежда, а сега бързо да преговорим какво е буфер. Буферът е нещо, което е във воден разтвор. То е нещо, което съдържа и слаба киселина, която обикновено записваме като НА, а също така съдържа и равновесно количество от спрегнатата основа на тази киселина, или А–. Това, което съм написал тук, е киселинната дисоциация на НА, и понеже тя е в равновесие, можем да запишем Ка, което е равновесната константа за този процес. Тя си има специално име, защото се отнася за дисоциацията на киселина. Ка е равна на Н3О+ по А– цялото върху концентрацията на НА, и тук не включваме водата, която е течност, и приемаме, че нейната концентрация е винаги равна на едно. От тази формула за Ка, както направихме в отделно видео, можем да изведем уравнението на Хендерсън-Хаселбах. Уравнението на Хендерсън-Хаселбах просто казва, че рН е равно на рКа плюс log от А– върху НА, където НА е нашата слаба киселина, а А– е спрегнатата ѝ основа. Както виждаш тук горе, една киселина и нейната спрегната основа са свързани чрез това, че киселината има един допълнителен Н. Можем да преобразуваме уравнението на Хендресън-Хаселбах и да получим много различни неща. Един често срещан тип задачи са тези за някакъв буфер, в които трябва да се намери рН. Вероятно знаеш рКа и са дадени концентрациите на А– и на НА. Другият случай, когато можеш да използваш уравнението на Хендерсън-Хаселбах, е за да установиш връзката между А– и НА, която може да се търси. Много често просто искаш да разбереш какво има в разтвора, в зависимост от това какво смяташ да направиш с него, да добавиш нещо, може би някаква киселина или някаква основа. Искаш да знаеш какво ще се случи. Уравнението на Хендерсън-Хаселбах дава бърз и лесен начин за това. Сега ще преработим това уравнение, за да намерим отношението, което ни интересува. Първо ще извадим рКа от двете страни и това ни дава log от А– върху НА. Не знам за теб, но аз понякога намирам логаритмите за не твърде логични. Затова искам да се отърва от този логаритъм и ще повдигна двете страни на 10-та степен. Така получавам 10 на степен рН – рКа е равно на А– върху НА. И какво означава това? Това не изглежда да дава повече информация, но всъщност ни казва много. Това ни показва отношението между концентрациите на А– и НА. И ни показва, че те са свързани с отношението на величините рН и рКа. И като погледнем това, можем да изведем няколко зависимости. Казваме, че рН към рКа, това отношение ни показва относно А– върху НА, което е пропорция, можем да намерим относителната величина на НА по отношение на А. Нека да разгледаме всички възможни сценарии за тези три неща. Ще започнем с най-простия сценарий, когато рН е равно на рКа. Когато рН е равно на рКа, имаме 10 на нулева степен. Всичко на нулева степен е равно на едно. Значи отношението е равно на едно. Ако концентрацията на А– към концентрацията на НА е едно, това означава, че концентрациите са равни. Забравих минуса тук. Това е наистина полезно да се запомни. Винаги, когато имаш буфер и рН на разтвора е равно на рКа на буфера, веднага разбираш, че концентрациите на киселината и спрегнатата основа са равни. И това е много полезно, не само когато говорим за самите буфери, но и когато правим титруване. Точката на титруване, в която НА е равно на А–, се нарича точка на полуеквивалентност. Точка на полуеквивалентност. Ако не си учил(а) за буфери, няма проблеми. Извинявам се, ако не си учил(а) за титруване, това е нормално. Просто игнорирай това, което казах (смях) но ако имаш представа, тогава това е наистина много важна зависимост, която е хубаво да се запомни. Доста се разприказвах. Сега да видим другите две възможни отношения на рН и рКа. Можем да имаме рН, което е по-голямо от рКа и можем да имаме рН, което е по-малко от рКа на буфера. Когато рН е по-голямо от рКа, точи член тук горе, 10 на степен рН – рКа ще бъде положителен. И когато повдигаш 10 на положителна степен, когато 10 е на положителна степен, ще получиш отношение, което е по-голямо от едно. Така че нашето отношение А– върху НА е по-голямо от едно, което означава, че числителят А– е по-голям от знаменателя НА. Така че ако знаеш рН и то е по-голямо от рКа на буфера, от киселината в буфера, да бъдем по-точни, това категорично означава, че имаш повече спрегната основа, отколкото киселина. В последния сценарий рН е по-малко от рКа, в този случай повдигаме 10 на отрицателно число, защото защото вадим по-голямо число от по-малко число. А това означава, че нашето отношение А– върху НА е по-малко от едно. Това означава, че знаменателят, НА, е по-голям от числителя. И само да обобщя, можем да вземем уравнението на Хендерсън-Хаселбах и да изведем връзката между рКа и рН и в зависимост от това дали те са равни или едното е по-голямо от другото, можем да разберем веднага каква е отношението между киселината и спрегнатата основа в разтвора. То се получава много лесно. Направихме го за минутка, така че може и да не го запомняш. Аз помня само, че когато рН е равно на рКа, тогава имам равни концентрации, а ако го забравя, просто си извеждам зависимостта.