Dung dịch đệm là gì? Thành phần của dung dịch đệm và cơ chế tác dụng đệm?

Dung dịch đệm là gì và có mấy loại dung dịch đệm, công thức tính ph của dung dịch đệm như thế nào. Mời các em cùng theo dõi bài học sau đây do biên soạn nhé.

Dung dịch đệm là gì?

Dung dịch đệm là dung dịch có giá trị pH không đổi hoặc thay đổi rất ít khi ta thêm vào hệ một lượng nhỏ axit – bazơ hoặc khi pha loãng.

Có 2 loại dung dịch đệm:

Dung dịch đệm axit là hệ dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫn một axit yếu với muối của nó với một bazơ mạnh.

Dung dịch đệm bazơ là dung dịch đệm được hình thành bằng cách trộn lẫn một bazơ yếu với muối của nó với một axit mạnh.

Dung dịch đệm tạo thành bởi 2 chất lưỡng tính axit-bazơ.

Ứng dụng của dung dịch đệm

Khả năng chống lại sự thay đổi pH đột ngột giúp dung dịch đệm được dùng phổ biến trong các quá trình hoá học và cần thiết cho các chu trình hoá sinh.

Dung dịch đệm giúp giữ nguyên độ pH cho các enzym trong các cơ thể sống hoạt động.

Hỗn hợp đệm của axit cacbonic (H₂CO₃) và bicacbonat (HCO₃⁻) hiện diện trong huyết tương, nhằm duy trì pH trong giữa 7,35 và 7,45.

Trong công nghiệp, dung dịch đệm được dùng trong các quá trình lên men và được dùng trong từng trường hợp nhuộm riêng lẻ. Chúng cũng được dùng trong ngành hoá phân tích và chuẩn độ pH.

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.

pH của dung dịch đệm

pH của dung dịch đệm axit và dung dịch đệm bazơ chỉ phụ thuộc vào hằng số cân bằng của axit/bazơ yếu và tỉ số giữa nồng độ đầu của muối và nồng độ đầu của các axit/bazơ. Do đó khi chúng ta pha loãng dung dịch hoặc thêm vào dung dịch đệm một lượng axit – bazơ thì pH của dung dịch thay đổi rất ít.

Giả sử dung dịch đệm gồm axit HA với nồng độ [HA], hằng số K_a 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:

Bạn đang xem: Dung dịch đệm là gì? Thành phần của dung dịch đệm và cơ chế tác dụng 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 pK_a, [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 [(0,4×0,05)/(0,1×0,1)]  = 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 = pK_a cộng trừ 1.

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.

Kết quả các thí nghiệm về dung dịch đệm

a. Lập thang màu đo pH của dung dịch axit.

b. Hệ đệm axit và khảo sát khả năng đệm của hệ

c. Lập thang màu đo pH dung dịch bazơ

 d. Hệ đệm bazơ và khỏa sát khả năng đệm của hệ.

e. Xác định pH của dung dịch đệm vừa điều chế trong thí nghiệm 2, 4.

Dựa vào bảng thang màu xác định khoảng pH thì:

Thí nghiệm 2: pH của dung dịch đệm axit bằng 4.

Thí nghiệm 4: pH của dung dịch đệm bazơ bằng 10.

f. So sánh khả năng đệm của dung dịch đệm từ bảng số liệu thực nghiệm của thí nghiệm 2, 4.

Khi thêm axit/bazơ vào hệ đệm axit/bazơ thì pH của hệ đệm axit/bazơ thay đổi rất ít so với ban đầu. Vì vậy độ đệm của dug dịch đệm axit/bazơ là rất mạnh. Nhưng theo kết quả thực nghiệm cho thấy khả năng đệm của hệ đệm bazơ mạnh hơn so với hệ đệm axit.

g. Nhận xét về sự thay đổi màu :

Khi thêm dung dịch axit vào hệ đệm axit thì màu của hệ thay đổi từ vàng sang đỏ khi ta cho nhiều axit cho thấy sự thay đổi pH là rất ít.

Khi thêm dung dịch bazơ vào hệ đệm bazơ thì màu của hệ thay đổi từ xanh sang vàng (đối với chỉ thị Indigocarmin ) và từ vàng sang đỏ (đối với chỉ thị Alizarin vàng R) khi ta cho nhiều bazơ cho thấy sự thay đổi pH là rất ít.

=> Dung dịch có giá trị pH không đổi hoặc thay đổi rất ít khi ta cho thêm vào hệ một lượng nhỏ axit – bazơ hoặc khi pha loãng hệ.

 Giáo dục