Giáo trình Hóa học phân tích bài 3 dung dịch đệm

4. DUNG DỊCH ĐỆM
buffer solutions

tampon
Trình bày được ý nghĩa và mục đích
của việc sử dụng dung dịch đệm

/>s/602/616516/Media_Assets/Chapter16/Te
xt_Images/FG16_03.JPG

Biên soạn: Võ thị Bạch Huệ 2015 1


4. Dung dịch đệm
4.1. Định nghĩa

?

4.2. Thành phần
4.3. Cơ chế hiệu ứng đệm
4.4. Dự đoán khả năng đệm
4.5. Đánh giá khả năng đệm
4.6. Khả năng đệm ở pH rất thấp hay rất cao
4.7. Tính pH của dung dịch đệm
4.8. Ứng dụng của dung dịch đệm

2


4. DUNG DỊCH ĐỆM

-là dd kháng lại sự
thay đổi pH khi thêm
acid mạnh hay base
mạnh vào dd
- hoặc là dd mà khi
pha loãng thì pH của
dd thay đổi ít (trong
vùng giới hạn)

4.1. ĐỊNH NGHĨA

a

b

c

d

Chỉ thị: xanh bromophenol sử dụng cho chuẩn độ acid base.

a/- dung dịch đệm gồm; 50ml CH3COOH 0,1N và 50ml CH3COONa 0,1N: dung dịch có
pH = 4,7- màu tím
b/- Thêm 40ml dung dịch HCl 0,1N vào dung dịch a, màu vẫn tím.
c/- Dung dịch CH3COOH (100ml) pH = 4,7.- màu tím
d/- Thêm 6 giọt (khoảng 0,3ml) dung dịch HCl 0,1N dung dịch trở nên vàng.
Không có tác động đệm. pH của dung dịch giảm nhanh dưới 3.

3

4. DUNG DỊCH ĐỆM
4.1. ĐỊNH NGHĨA
4.2. THÀNH PHẦN

dd đệm là dd chứa trong
một dm phân ly như
nước:
- hoặc một acid yếu
và muối của một acid
yếu (pH acid)
- hoặc một base yếu
và muối của một base
yếu (base yếu và acid
liên hợp của nó) (pH
base)

4


4. DUNG DÒCH ÑEÄM

4. 3. Cơ chế của hiệu ứng đệm
Thí dụ: hệ đệm gồm acid yếu va m
̀ uối của acid yếu

- acetat Na (BH+a-) sẽ phân ly thành: BH+ a-

BH+ + a-

(7.26)

- acid yếu cho phản ứng:

H3O+ + a-

(7.27)

Ha + H2O
Ka =

a- là của Ha và của muối BH+ a.

Như vậy, cùng lúc trong dd có BH+, a- và H+
- Thêm HA : HA phân ly sẽ tăng H+(H+ + ađổi ít.
- Thêm B : B + H+

[H+] [a ]
[Ha]

Ha): acid yếu pH thay

BH+ (lực 0).

phản ứng 7.26 theo chiều về phải để tạo thành a (base yếu) và BH+
(lực 0).
Base mạnh B bị thế bằng base yếu a , ít phân ly pH thay đổi ít.

5
/>

4. DUNG DÒCH ÑEÄM

4. 3. Cơ chế của hiệu ứng đệm

6

/>
mcolle
ctive.org/buffers/imag
es/Pict8buffcapa.gif


4. DUNG DềCH ẹEM

4.3. Cụ cheỏ cuỷa
hieọu ửựng ủeọm

Nờu tiờp tuc thờm HA (hoc B)
vao dd ờm thi se ờn luc hõu
nh toan bụ a- c trung tinh
hoa bng acid (hay Ha se c
trung tinh hoa bng base)
- Kờ t o, nờu thờm mụt
lng mi chõt phõn ly H+ vao
na thi pH se thay ụi ụt ngụt
va tac ụng ờm bi huy.

Chu y:
- ờ co tac ụng ờm, cõn phai co cung luc Ha va a- liờn hp.

- Khụng thờ ờm vi chi Ha hay chi a- Tuy nhiờn ụi khi cung ờm dd HA bng mụt aThi du: ờm dd nitric (HA) bng lng tha acetat Na (a-):
+ trc tiờn HA (acid nitric) tac ụng toan phõn trờn a(acetat) ờ tao thanh Ha (acid acetic)
7
+ sau o, / dd co Ha la (acid acetic) va a- (muụi acetat)
l dd ờm.


4.4 Khả năng đệm: khoảng pH mà trong đó dung dịch đệm còn có thể cho
hay nhận H+ mà khơng biến đởi quan trọng về pH

(a)

Khả năng đệm

Khoảng biến đởi giới hạn của pH
này gần như nằm ngang và thể
hiện bằng mợt đợ dớc rất nhỏ trên

đường cong ch̉n đợ (hình a)
4.4. Dự đốn khả năng đệm

(b)
(
b)

ở giai đoạn bán trung hòa pH = pKa

vùng đệm

thì có khả năng đệm cao nhất

(hình b)
đương lượng OH- được thêm vào
phần trăm được chuẩn độ

[acid yếu]  [base liên hợp]

8


4. DUNG DÒCH ÑEÄM
4.5. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ĐỆM

Ở một nồng độ xác định của dd đệm: khả năng đệm nhận được

cao nhất khi [acid yếu]  [base liên hợp] (equimolar).
Đó chính là điểm uốn của đường chuẩn độ (xem hình)
pH của đệm được tính theo biểu thức H. Hasselbalch

pH = pKa + lg

[base]
[acid]
9


4. DUNG DÒCH ÑEÄM
4.5. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
ĐỆM

Thực tế để dd đệm còn hiệu quả thì [Ha] hay [bH+] ít nhất là

±10% [base]
- nếu [base] = 10 [acid] thì
pH = pKa + 1
- nếu [acid] = 10 [base] thì
pH = pKa – 1
khả năng đệm:
pH = pKa  1
Khi có quá nhiều acid hay base thêm vào thì pH sẽ vượt ra
ngoài vùng đệm và pH sẽ tăng hay giảm nhanh.
10


ảnh hưởng của pKa
trên đường cong chuẩn độ

cùng dạng đường cong nhưng
điểm bán trung hòa khác nhau

11


4. DUNG DÒCH ÑEÄM
4.5. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
ĐỆM

Dung lượng đệm: là số
đương
lượng (mmol)
của acid mạnh hay base
mạnh thêm vào 1 lít

dung dịch này (mmol / lít
hay mM) để làm thay đổi
1 đơn vị pH.

Dung lượng đệm càng lớn khi một thể tích lớn dd đệm được cho vào
12
dung dịch khảo sát.


Trung hòa mợt dd HA (HCl)/ nước bằng dd
B (NaOH hay KOH)
Kết quả: đường cong gần như bằng phẳng
giữa pH = 0 và pH = 2 nghĩa là ở đó
có mợt khả năng đệm (dù khơng có
điểm ́n như ở giai đoạn bán trung
hòa).
Hiện tượng này được mơ tả khi xét mợt
acid mạnh và mợt base có lực gần như
bằng 0 (Ví dụ: cặp HCl/ Cl-).
Trong trường hợp acid mạnh mợt cách lý
tưởng, tác đợng đệm vẫn hiện hữu vì
nó dùng chính cặp dung mơi H3O+ /
H2O.
[ H O]
pH = pK + lg 2 

4. DUNG DỊCH ĐỆM
4.6. Khả năng đệm
ở pH rất thấp hay rất cao

[ H 3O ]

Đệm KCl - HCl giữa pH = 1,0 và pH = 2,2
dd KCl 0,2N (ml)
HCl.0,2N
(ml)
Nướcvđ
(ml)
pH ở 200C

25
48,50
100

25
32,25
100

25
20,75
100

25
13,15
100

25
8,40
100

25
5,30
100

25
3,35
10013

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2.0

2,2


4. DUNG DÒCH ÑEÄM

4.7. Tính pH cuûa
dung dòch ñeäm

pH = pKa + lg

[a-]

[Ha]

Các hệ thức tính pH của dd đệm
- chứa (Ha) và muối (Ma) của nó
hoặc
- chứa (a-) và muối (Ma) của nó.
[a-] và [Ha] : nồng độ của ion a- và của Ha lúc cân bằng.

[a-]
[Ha]

pH của các dd đệm:
- phụ thuộc vào bản chất pKa (hoặc pKb) và tỷ số
- không phụ thuộc vào độ pha loãng của hỗn hợp.
14


Bài toán về dung dịch đệm
Muốn pha dd đệm có pH =3,85 từ sodium formiat NaCHO2 và acid formic
HCHO2 (Ka= 1,8 x10-4) thì tỷ lệ nồng độ pha là bao nhiêu?

Giải

Theo H – Hasselbalch:
và ta có:

pH = pKa + lg [base]/[acid]
pKa=- lg Ka= -lg (1,8 x10-4) =3,74.

Thế pH và pKa đã tìm vào biểu thức H– Hasselbalch để tìm tỷ lệ của
[base]/[acid]
3,85 = 3,74 + lg [base]/[acid]
lg [base] / [acid] = 3,85 -3,74 = 0,11 thì [base] / [acid] = 1,3.
Như vậy, nếu [acid] =0,1M thì [base] =0,13M

nghĩa là [acid formic] = 0,1M thì [sodium formiat] = 0,13M
15


Tính pH của dung dịch chứa NH4Cl0.2 mol /lít và NH4OH
0.1 mol / lít
Kb của NH4OH = 1.85 x 10-5.
Giải
Theo phương trình Henderson:

16


Các kiểu đệm
Có 2 kiểu: đệm acid và đệm base
Acid buffer
Dung dịch đệm chứa lượng acid yếu lớn và muối của base
mạnh
Những dung dịch đệm như thế có pH trong vùng acid.
Ví dụ: pH nhỏ hơn 7 ở 298 độ K.
pH của đệm acid được cho theo

17

Các kiểu đệm
Có 2 kiểu: đệm acid và đệm base
Base buffer
Dung dịch đệm chứa lượng tương đối lớn base yếu và
muối của acid mạnh
Những dung dịch đệm như thế có pH trong vùng base.
Ví dụ: pH lớn hơn 7 ở 298 độ K.
pH của đệm acid được cho theo

18


Đối với 2 loại đệm:
Vùng đệm: (buffer range) tính bằng đơn vị pH
Acid buffer: pKa -1 to pKa +1
Basic buffer: (pKw - pKb) -1 to (pKw - pKb) +1
Ex: xét hệ đệm acetic acid - sodium acetate –là đệm acid.
Ka của acetic acid: 1.84 x 10-5  pKa (acetic acid) 4.74.
Do vậy vùng đệm của acetic acid - sodium acetat
pH = (pKa) - 1 đến (pKa) + 1
= 4.74 -1 đến 4.74 + 1
= 3.74 đến 5.74
pH của dd đệm sẽ
+ tùy thuộc vào tỷ lệ của cả hai nồng độ của muối và
acid (hoặc muối và base).
+ không tùy thuộc vào từng nồng độ riêng rẻ
+ không hiệu quả khi pha loãng quá nhiều do không
19

kháng lại được acid mạnh hay base mạnh thêm vào


4.Dung dịch đệm
4.8. Vài công thức
pha chế dung dịch đệm

Các dd đệm chuẩn có pH # 1,2 –10 / USP 29 – NF 24
Thể tích trình bày trong bảng là cho 200ml dd đệm.
Các thuốc thử - trừ acid boric - sấy trước ở 1100C – 1200C /
1 giờ.
1. HCl 0,2M và NaOH
0,2M
2. Kali biphtalat
0,2M
3. Kali phosphat, monobasic 0,2M
4. Acid boric và KCl
0,2M

20


4.Dung dịch đệm
4.8. Vài công thức
pha chế dung dịch đệm

Pha chế dung dịch đệm Acetate pH 3 - 6 ³
(1) 0.1M acetic acid
(2) 0.1M sodium acetat (tri-hydrat) (13.6g / l)
trộn từng phần để có pH mong muốn

Thể tích của
acetic acid 0.1M (ml)

Thể tích của
sodium acetat 0.1M(ml)

3

982.3

17.7

4

847.0

153.0

5

357.0

643.0

6

52.2

947.8

pH

21


Pha chế dung dịch đệm Phosphate pH 7 - 11
(1) 0.1M disodium hydrogen phosphat (14.2g / l)
(2) 0.1M HCl
(3) 0.1M NaOH
trộn từng phần để có pH mong muốn.

pH

Thể tích phosphat
0.1M (ml)

Thể tích HCl 0.1M
(ml)

Thể tích NaOH 0.1M (ml)

7

756.0

244

8

955.1

44.9

9

955.0

45.0

10

966.4

33.6

11

965.3

34.7

22
/>

Thêm acid hay base vào muối để có pH mong muốn pH 3 - 11
Muối được cân ở dạng rắn và thêm acid (hay base) vào rồi thêm nước cất vừa đủ
1 lít để được pH mong muốn.
pH

Hỗn hợp muối –

hoà loãng từng hỗn hợp vào 1 lít dung dịch với nước cất

3
4
5

10.21g potassium hydrogen phthalat và 223ml HCl 0.01M

6

6.81g potassium dihydrogen phosphat và 56ml NaOH 0.01M

7
8
9
10
11

6.81g potassium dihydrogen phosphat và 291ml NaOH 0.01M

10.21g potassium hydrogen phthalat và 1ml HCl 0.01M
10.21g potassium hydrogen phthalat và 226ml NaOH 0.01M

6.81g potassium dihydrogen phosphat và 467ml NaOH 0.01M
4.77g sodium tetraborat và 46ml HCl 0.01M
4.77g sodium tetraborat và 183ml NaOH 0.01M

2.10g sodium bicarbonat và 227ml NaOH 0.01M

/>

23


Một số hệ đệm

pH đệm
hay sử dụng

Hydrochloric acid/ Potassium chlorid

1.0 - 2.2

Glycin/ Hydrochloric acid

2.2 - 3.6

Potassium hydrogen phthalat/ Hydrochloric acid

2.2 - 4.0

Citric acid/ Sodium citrat

3.0 - 6.2

Sodium acetat/ Acetic acid

3.7 - 5.6

Potassium hydrogen phtalate/ Sodium hydroxid

4.1 - 5.9

Disodium hydrogen phthalate / Sodium dihydrogen orthophosphate

5.8 - 8.0

Dipotassium hydrogen phthalate / Potassium dihydrogen orthophosphate

5.8 - 8.0

Potassium dihydrogen orthophosphat / sodium hydroxid

5.8 - 8.00

Barbitone sodium / Hydrochloric acid

6.8 - 9.6

Tris (hydroxylmethyl) aminomethane / Hydrochloric acid

7.0 - 9.00

Sodium tetraborat/ Hydrochloric acid

8.1 - 9.2

Glycin/ Sodium hydroxid

8.6 - 10.6

Sodium carbonat/ Sodium hydrogen carbonat

9.2 - 10.8

Sodium tetraborat/ Sodium hydroxid

9.3 - 10.7

Sodium bicarbonat / Sodium hydroxid

9.60 - 11.0

Sodium hydrogen orthophosphat / Sodium hydroxid

11.0 - 11.9

Potassium chlorid/ Sodium hydroxid

12.0 - 13.0

/>
24


4. DUNG DềCH ẹEM

Nụng nghip

4.9. ệng duùng cuỷa dung dũch ủeọm

pH ca t rt quan trng trong vic trng trt.
tcú th c m do s cú mt ca cỏc mui nh
carbonat, bicarbonat, phosphat v mui hu c
Vic chn la phõn bún vo t s tựy thuc vo pH
ca vựng t ú

25