緩衝液中のpHの変化の計算

緩衝液中には、少量の強酸を添加したり、少量の強塩基を添加したりすると、わずかなpH変化が起こります。

このpH変化は、2つの異なるステップで計算されます。

まず、化学量論的計算を使用して濃度の変化を決定します。

次に、平衡計算を使用して、ICEテーブルまたはヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式を使用して、溶液の新しいpHを決定します。

2.0 Mのフッ化水素酸とフッ化ナトリウムの両方を含む緩衝液のpHは、強酸または強塩基を添加する前と後で計算できます。

ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式は、濃度が弱酸のKAに対して高く、濃度の変化が5%未満であるため、この緩衝液の初期pHを決定するために使用できます。

フッ化水素酸のpK_aは3.46と計算できます。溶液中の弱酸と共役塩基の濃度が等しい場合、pHはpK_aに等しくなります。したがって、初期pHは3.46です。

このバッファーの1リットルに0.2モルの塩酸を追加すると、体積の変化はごくわずかであると仮定して、追加された酸はフッ化物イオンによって中和され、フッ化水素酸が生成されます。これにより、フッ化物イオンの濃度が化学量論的に0.2モル減少し、フッ化水素酸濃度が等しく増加します。

新しい濃度は、ヘンダーソン・ハッセルバルヒ方程式に挿入できます。解くと、新しい pH は 3.37 になり、初期の pH 値である 3.46 よりも小さくなります。

強酸を添加するとpHが低下しますが、溶液が緩衝されているため低下は小さいです。

これに対して、1リットルの緩衝液に0.1モルの水酸化ナトリウムを添加すると、体積の変化はごくわずかであると仮定して、添加された塩基はフッ化水素酸と反応して中和されます。これにより、フッ化水素酸濃度が化学量論的に0.1モル減少し、フッ化物イオンが等しく増加します。

ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式を使用すると、溶液のpHは3.50であり、水酸化ナトリウムが添加されているため、初期pH値である3.46よりもわずかに高くなります。