Come troveresti il buffer appropriato con determinati pKa e un dato pH?
Risposta:
Il pH della soluzione dovrebbe rientrare nell'intervallo di buffering di una particolare soluzione tampone.
Spiegazione:
L'intervallo di buffering può essere semplicemente definito come l'intervallo di pH in cui la soluzione può resistere a drastiche variazioni del pH all'aggiunta di piccole quantità di un acido o di una base. Idealmente, l'intervallo di buffering di una soluzione buffer è uguale a #pKa+-1#.
Per illustrare come applicare questa regola di base, facciamo un esempio. Supponiamo di dover preparare una soluzione tampone con un pH di 5.0 e nel vostro laboratorio gli unici reagenti disponibili sono tampone acetato e tampone fosfato. Il problema principale ora è quale di questi due è adatto a rendere detta soluzione tampone.
Per prima cosa determiniamo prima i componenti dei due possibili buffer. Per il tampone acetato, il componente principale sarà l'acido acetico #(CH_3COOH)# e ione acetato #(CH_3COO^-)#. La reazione di equilibrio coinvolta in questa soluzione sarà la dissociazione dell'acido acetico in acqua:
#CH_3COOH# #+# #H_2O# #rightleftharpoons# #CH_3COO^-# #+# #H_3O^+#
Nel frattempo, saranno i soliti componenti di un sistema tampone fosfato #H_2PO_4^-# e #HPO_4^(2-)#. La reazione di equilibrio implicata in questa soluzione sarà la dissociazione di #H_2PO_4^-# in acqua:
#H_2PO_4^-# #+# #H_2O# #rightleftharpoons# #HPO_4^(2-)# #+# #H_3O^+#
Il prossimo passo da considerare in questo problema sarà determinare l'intervallo di buffering dei due sistemi di buffer. Per il tampone acetato, il valore di pKa dell'acido acetico è pari a 4.7 in modo da ottenere #pKa+-1#, il tampone è adatto per un intervallo di pH di #4.7+-1# o da 3.7 a 5.7.
Nel frattempo, per il tampone fosfato, il valore di pKa di #H_2PO_4^-# è pari a 7.2 in modo che il sistema tampone sia adatto per un intervallo di pH di #7.2+-1# o da 6.2 a 8.2.
Poiché il pH target del tampone da preparare è 5.0, il miglior sistema tampone da utilizzare sarà il tampone acetato poiché 5.0 rientra nell'intervallo di buffer massimo per questo sistema tampone.
Nota: per determinare la pKa del componente acido del sistema tampone, di solito è necessario cercare la sua costante di dissociazione acida. Per determinare il pKa, utilizzare questa equazione:
#pKa=-logKa#