Bir öğrenci laboratuvarda pH'ı 4.75 olan bir asetik asit/asetat iyonu tampon çözeltisi hazırlamak istiyor. Asetik asit için pKₐ = 4.75 olduğuna göre, öğrenci asetik asit ve sodyum asetat çözeltilerini hangi oranda karıştırmalıdır?
A) 1:1Bu soruyu çözmek için, tampon çözeltilerin pH değerini hesaplamamızı sağlayan Henderson-Hasselbalch denklemini kullanacağız. Bu denklem, zayıf bir asit ve onun konjuge bazından oluşan bir tampon sisteminin pH'ını belirlemek için çok kullanışlıdır.
Tampon çözeltilerin pH değerini hesaplamak için Henderson-Hasselbalch denklemini kullanırız:
$pH = pK_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right)$
Bu denklemde $pH$ istenen çözelti pH'ını, $pK_a$ zayıf asidin asitlik sabiti olan $K_a$'nın negatif logaritmasını, $[A^-]$ konjuge bazın (asetat iyonu) molar konsantrasyonunu ve $[HA]$ zayıf asidin (asetik asit) molar konsantrasyonunu temsil eder.
Unutmayın, bu denklem, asit ve konjuge bazın denge konsantrasyonlarını kullanır, ancak genellikle başlangıç konsantrasyonları da yeterince doğru sonuç verir, özellikle tampon kapasitesi dahilinde çalışılıyorsa.
Soruda bize istenen $pH$ değeri $4.75$ ve asetik asit için $pK_a$ değeri de $4.75$ olarak verilmiştir.
Bu değerleri Henderson-Hasselbalch denklemine yerleştirelim:
$4.75 = 4.75 + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right)$
Denklemi basitleştirmek için $pH$ değerini $pK_a$ değerinden çıkaralım:
$4.75 - 4.75 = \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right)$
$0 = \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right)$
Şimdi, $\log(x) = 0$ ise $x = 10^0 = 1$ olduğunu biliyoruz. Bu durumda, logaritmanın içindeki oran $1$'e eşit olmalıdır:
$\frac{[A^-]}{[HA]} = 1$
Bu da şu anlama gelir:
$[A^-] = [HA]$
Bulduğumuz oran, konjuge bazın (asetat iyonu) molar konsantrasyonunun, zayıf asidin (asetik asit) molar konsantrasyonuna eşit olması gerektiğini göstermektedir. Yani, asetik asit ve asetat iyonu çözeltileri $1:1$ molar oranında karıştırılmalıdır.
Eğer öğrenci, aynı molar konsantrasyona sahip asetik asit ve sodyum asetat çözeltilerini kullanıyorsa, bu çözeltilerden eşit hacimlerde karıştırması gerekir. Örneğin, 100 mL 0.1 M asetik asit ile 100 mL 0.1 M sodyum asetat karıştırıldığında, son çözeltideki asetik asit ve asetat iyonu konsantrasyonları eşit olacak ve istenen pH elde edilecektir.
Cevap A seçeneğidir.
