Welke verhouding kun je kiezen bij buffers?

Een buffer is een oplossing die de pH stabiel houdt, zelfs als er zuur of base aan wordt toegevoegd. Dit gebeurt door een combinatie van een zwak zuur en zijn geconjugeerde base.

Je kunt zelf de verhouding kiezen tussen het zwakke zuur en zijn geconjugeerde base in een bufferoplossing. De ideale verhouding is 1 op 1. Echter, je kunt ook verhoudingen gebruiken die liggen tussen 1 op 10 en 10 op 1.

Een andere verhouding dan 1 op 1 wordt gekozen wanneer je een specifieke pH wilt bereiken die afwijkt van de pKa-waarde van het zwakke zuur (bij een 1:1 verhouding is de pH gelijk aan de pKa). Door de concentratieverhouding aan te passen, kun je de pH van de bufferoplossing veranderen. Als je bijvoorbeeld een pH nodig hebt die lager of hoger is dan de pKa, dan moet je de verhouding tussen het zuur en de geconjugeerde base aanpassen.

Een voorbeeld van een zuur-basenpaar dat een buffer vormt, is azijnzuur (CH3COOH) en zijn geconjugeerde base, het acetaat-ion (CH3COO-). Natriumacetaat levert het acetaat-ion. Je hebt zowel het zwakke zuur als zijn geconjugeerde base nodig om een buffer te laten functioneren.

Om te bepalen welke verhouding je moet gebruiken om een specifieke pH te bereiken, volg je de volgende stappen voor een 'buffer som':

1. Bepaal de gewenste pH: Stel vast welke pH je wilt dat de bufferoplossing heeft.
2. Gebruik de pKa: Zoek de pKa-waarde van het zwakke zuur dat je gebruikt. Deze waarde is vaak te vinden in tabellen, zoals BINA-STABIL.
3. Bereken de H3O+ concentratie: Gebruik de formule $[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}$ om de concentratie van H3O+ te berekenen op basis van de gewenste pH.
4. Stel de evenwichtsbreuk op: Voor een zwak zuur (HA) en zijn geconjugeerde base (A-) geldt de evenwichtsconstante $K_a$: $K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$ Hierbij is $[\text{HA}]$ de concentratie van het zwakke zuur en $[\text{A}^-]$ de concentratie van de geconjugeerde base.
5. Los de vergelijking op: Herschik de $K_a$ formule om de verhouding tussen de geconjugeerde base en het zuur te vinden: $\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]} = \frac{K_a}{[\text{H}_3\text{O}^+]}$ Door de $K_a$ (die gelijk is aan $10^{-\text{pKa}}$) en de eerder berekende $[\text{H}_3\text{O}^+]$ in te vullen, kun je de benodigde concentratieverhouding van de geconjugeerde base tot het zuur berekenen om de gewenste pH te verkrijgen.