Berekening van pH-veranderingen in een bufferoplossing

Een kleine pH-verandering treedt op in een bufferoplossing door toevoeging van een kleine hoeveelheid sterk zuur of de toevoeging van een kleine hoeveelheid sterke base. Deze pH-verandering wordt berekend in twee verschillende stappen. Allereerst wordt een stoichiometrische berekening gebruikt om de verandering in de concentraties te bepalen.

Vervolgens wordt een evenwichtsberekening gebruikt om de nieuwe pH van de oplossing te bepalen, ofwel met behulp van een ICE-tabel of de Henderson-Hasselbalch-vergelijking. De pH van een buffer die twee molair fluorwaterstofzuur en natriumfluoride bevat, kan worden berekend voor en na het toevoegen van een sterk zuur of een sterke base. De Henderson-Hasselbalch-vergelijking kan worden gebruikt om de initiële pH van deze buffer te bepalen, omdat de concentraties hoog zijn ten opzichte van de Ka van het zwakke zuur en de verandering in de concentraties minder dan 5 procent is.

De pKa voor fluorwaterstofzuur kan worden berekend op 3, 46. Wanneer de concentratie van zwak zuur en geconjugeerde base in een oplossing gelijk is, is de pH gelijk aan de pKa. Daarom is de aanvankelijke pH 3, 46.

Als aan één liter van deze buffer 0, 2 mol zoutzuur wordt toegevoegd, in de veronderstelling dat het een verwaarloosbare volumeverandering veroorzaakt, wordt het toegevoegde zuur geneutraliseerd door de fluoride-ionen, waarbij fluorwaterstofzuur ontstaat. Dit leidt tot een stoichiometrische afname van de concentratie van fluoride-ionen met 0, 2 mol en een gelijke toename van de fluorwaterstofzuurconcentratie. De nieuwe concentraties kunnen worden ingevoegd in de Henderson-Hasselbalch-vergelijking.

Als dit is opgelost, is de nieuwe pH 3, 37, minder dan de aanvankelijke pH-waarde van 3, 46. Doordat er sterk zuur werd toegevoegd, is er een afname van de pH, maar de afname is klein omdat de oplossing gebufferd is. Als daarentegen 0, 1 mol natriumhydroxide wordt toegevoegd aan één liter van de buffer, in de veronderstelling dat het een een verwaarloosbare volumeverandering veroorzaakt, wordt de toegevoegde base geneutraliseerd door te reageren met fluorwaterstofzuur.

Dit veroorzaakt een stoichiometrische afname van de fluorwaterstofzuurconcentratie met 0, 1 mol en een gelijke toename van het fluoride-ion. Met behulp van de Henderson-Hasselbalch-vergelijking is de pH van de oplossing 3, 50, wat iets hoger is dan de aanvankelijke pH-waarde van 3, 46 als gevolg van de toevoeging van natriumhydroxide.