Θεωρία και ασκήσεις για τα ρυθμιστικά διαλύματα του 5ου Κεφαλαίου της Χημείας Γ΄ Λυκείου.

1. Ρυθμιστικά διαλύματα
Ρυθμιστικά διαλύματα ονομάζονται διαλύματα των οποίων το pH παραμένει
πρακτικά σταθερό, όταν προστεθεί μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρών
οξέων ή βάσεων. Επίσης μπορούν μέσα σε όρια να αραιωθούν, χωρίς να
μεταβληθεί το pH τους. Τα διαλύματα αυτά περιέχουν ένα ασθενές οξύ και τη
συζυγή του βάση (ΗΑ / Α-1) ή μία ασθενή βάση και το συζυγές της οξύ (Β / ΒΗ+1).
Παραδείγματα ρυθμιστικών διαλυμάτων: α) διάλυμα HF και NaF,
β) διάλυμα ΝΗ3 και ΝΗ4Cl.
Σε κάθε ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του
βάση ισχύει η σχέση:
βάσης
οξέος
a1
3 C
C
KΟΗ 




 
Η εξίσωση αυτή με λογαρίθμιση οδηγεί στη σχέση:
που είναι γνωστή ως εξίσωση Henderson και Hasselbalch.
Ισχύει: pKa = - log Ka
οξέος
βάσης
a c
c
logpKpH 
Δημήτρης Παπαδόπουλος, χημικός ΓΕΛ Καρέα, 2017

2. Ρυθμιστικά διαλύματα
Σε κάθε ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει μία ασθενή βάση και το συζυγές της
οξύ ισχύει η σχέση:
οξέος
βάσης
b
1
c
c
KΟΗ 




 
Η εξίσωση αυτή με λογαρίθμιση οδηγεί στη σχέση:
βάσης
οξέος
b c
c
logpKpOH 
Η εξίσωση Henderson και Hasselbalch ισχύει υπό ορισμένες προϋποθέσεις.
Για ένα ρυθμιστικό διάλυμα της μορφής π.χ. ΗΑ / Α-1 θα πρέπει:
Α) Η συγκέντρωση του οξέος στην κατάσταση ισορροπίας να είναι περίπου ίση με
την αρχική συγκέντρωση του οξέος, δηλαδή cοξέος = [ΗΑ]αρχικό.
Β) Η συγκέντρωση της συζυγούς βάσης στην κατάσταση ισορροπίας να είναι
περίπου ίση με την αρχική συγκέντρωση της βάσης, δηλαδή cβάσης = [Α-1]αρχικό.
Γ) Κάθε ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει ένα συζυγές ζεύγος ασθενούς οξέος –
ασθενούς βάσης με παραπλήσιες τιμές συγκεντρώσεων.
Δ) Για τις συγκεντρώσεις των συστατικών του ρυθμιστικού διαλύματος θα πρέπει
να ισχύει: c > 10-3 M.

3. Ρυθμιστικά διαλύματα
Παράδειγμα 5.14, σελίδα 159: Να βρεθεί το pH ρυθμιστικού διαλύματος που
περιέχει HCOOH 0,2 M και HCOONa 0,4 M, αν είναι γνωστό ότι Ka(HCOOH)= 2∙10-4.
Απάντηση:
Το ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει το συζυγές ζεύγος HCOOH 0,2 M / HCOO-1 0,4 M.
4.pH
0,2
0,4
log)10log(2pHc
c
logpKpH 4
οξέος
βάσης
a  
Εφαρμόζοντας την εξίσωση Henderson και Hasselbalch θα έχουμε:
2ος τρόπος λύσης:
Σε κάθε ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του
βάση ισχύει η σχέση:
βάσης
οξέος
a1
3 C
C
KΟΗ 




 
.10][
4,0
2,0
102][
C
C
KΟΗ 41
3
41
3
βάσης
οξέος
a1
3  





pH= - log 10-4 => pH = 4.

4. Εφαρμογή σχολικού βιβλίου σελίδα 159: Να βρεθεί το pH διαλύματος CH3COOH
0,5 M και CH3COONa 0,9 M, αν δίνεται Ka(CH3COOH)= 1,8∙10-5.
Απάντηση:
Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό και σε κάθε ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει ένα
ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση ισχύει η σχέση:
βάσης
οξέος
a1
3 C
C
KΟΗ 




 
.10][
9,0
5,0
108,1][
C
C
KΟΗ 51
3
51
3
βάσης
οξέος
a1
3  





pH= - log 10-5 => pH = 5.

5. Παρασκευές ρυθμιστικών διαλυμάτων
Μπορούμε να παρασκευάσουμε ρυθμιστικό διάλυμα της μορφής ΗΑ / Α-1, π.χ.
HF / NaF, με τους εξής τρόπους:
1) Με ανάμιξη ασθενούς οξέος με τη συζυγή του βάση.
π.χ. προσθήκη διαλύματος HF σε διάλυμα NaF.
Μπορούμε να παρασκευάσουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα της μορφής Β / ΒΗ+1,
π.χ. ΝΗ3 / NH4Cl, με τους εξής τρόπους:
2) Με μερική εξουδετέρωση ασθενούς οξέος από ισχυρή βάση.
π.χ. προσθήκη x mol NaOH σε διάλυμα που περιέχει y mol HF, όπου x < y.
1) Με ανάμιξη ασθενούς βάσης με το συζυγές της οξύ.
π.χ. προσθήκη διαλύματος ΝΗ3 σε διάλυμα NH4Cl.
2) Με ανάμιξη περίσσειας ασθενούς βάσης με ισχυρό οξύ.
π.χ. προσθήκη y mol HCl σε διάλυμα που περιέχει x mol NH3, όπου y < x.

6. Παρασκευές ρυθμιστικών διαλυμάτων

7. Εφαρμογή σχολικού βιβλίου σελίδα 160: Ποιος όγκος διαλύματος HCl 0,2 M
πρέπει να αναμιχθεί με 500 mL διαλύματος ΝΗ3 0,6 Μ για να πάρουμε ρυθμιστικό
διάλυμα με pH=9; Δίνονται Kb(NH3)=10-5 και Kw=10-14.
Απάντηση:
Έστω x L ο όγκος του διαλύματος HCl 0,2 M που χρειαζόμαστε.
Εύρεση mol HCl: HClmolx0,2x0,2nVCn
V
nC 
Εύρεση mol NH3: 3NHmol0,30,50,6nVCn
V
nC 
Για να πάρουμε ρυθμιστικό διάλυμα θα πρέπει να αντιδράσει όλο το HCl.
HCl + NH3 → NH4Cl
Αρχικά: 0,2∙x mol 0,3 mol
Αντ/Παρ: -0,2∙x mol -0,2∙x mol 0,2∙x mol
Τελικά: 0 mol 0,3 – 0,2∙x mol 0,2∙x mol
Νέες συγκεντρώσεις: [ΝΗ3]΄: M
x0,5
x0,20,3C΄ 3ΝΗ 

[ΝΗ4Cl]: M
x0,5
x0,2C Cl4ΝΗ 


8. Εφαρμογή σχολικού βιβλίου σελίδα 160: Ποιος όγκος διαλύματος HCl 0,2 M
πρέπει να αναμιχθεί με 500 mL διαλύματος ΝΗ3 0,6 Μ για να πάρουμε ρυθμιστικό
διάλυμα με pH=9; Δίνονται Kb(NH3)=10-5 και Kw=10-14.
Συνέχεια απάντησης:
NH4Cl → NH4
+1 + Cl-1
M
x0,5
x0,2

 M
x0,5
x0,2

 M
x0,5
x0,2


pH=9 => pOH= 14 -9 = 5. Άρα [ΟΗ-1]=10-5M.
Για τα ρυθμιστικά διαλύματα ισχύει η σχέση:
οξέος
βάσης
b
1
C
C
KOH 




 
L
4
3
xx0,20,3x0,2
x0,2
x0,20,3
1
x0,5
x0,2
x0,5
x0,20,3
1010 55 







 
Θα έχουμε:
Για να φτιάξουμε το ρυθμιστικό διάλυμα χρειάζεται να προσθέσουμε 0,75 L HCl.

9. Πώς δρουν τα ρυθμιστικά διαλύματα;
Τα ρυθμιστικά διαλύματα:
1. Διατηρούν το pH τους πρακτικά σταθερό όταν προστίθενται σε αυτά
μικρές αλλά υπολογίσιμες ποσότητες ισχυρών οξέων ή βάσεων.
2. Διατηρούν το pH τους πρακτικά σταθερό, κατά την αραίωσή τους σε
ορισμένα όρια. Αν υπερβούμε αυτά τα όρια τότε η τιμή του pH αλλάζει
σημαντικά.

10. Προσθήκη ισχυρού οξέος ή βάσης σε ρυθμιστικό διάλυμα.
Ένα ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει ένα συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης. Η όξινη
μορφή αυτού του ζεύγους εξουδετερώνει τις προστιθέμενες βάσεις, ενώ η βασική
μορφή τα οξέα.
Ρυθμιστικό διάλυμα CH3COOH και CH3COONa.
Α) Προσθήκη στο διάλυμα ισχυρού οξέος, π.χ. HCl. Γίνεται η αντίδραση:
CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl
Η ποσότητα HCl ή NaOH που προσθέτουμε θα πρέπει να είναι σημαντικά
μικρότερη από τις ποσότητες CH3COONa ή CH3COOH, ώστε να μη δεσμευθεί
μεγάλη ποσότητα από κάποιο συστατικό του ρυθμιστικού και το διάλυμα χάσει
τη ρυθμιστική του ικανότητα.
Β) Προσθήκη στο διάλυμα ισχυρούς βάσης, π.χ. NaOH. Γίνεται η αντίδραση:
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

11. Ρυθμιστικό διάλυμα NH3 και NH4Cl.
Α) Προσθήκη στο διάλυμα ισχυρού οξέος, π.χ. HCl. Γίνεται η αντίδραση:
NH3 + HCl → NH4Cl
Προσθήκη ισχυρού οξέος ή βάσης σε ρυθμιστικό διάλυμα.
Β) Προσθήκη στο διάλυμα ισχυρούς βάσης, π.χ. NaOH. Γίνεται η αντίδραση:
NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O

12. Αραίωση ρυθμιστικού διαλύματος.
• Αν έχουμε ρυθμιστικό διάλυμα: ΗΑ c1 Μ και NaA c2 Μ, τότε ισχύει [Η3Ο+1] = Κa·c1/c2.
• Αν αραιώσουμε το διάλυμα 10 φορές με νερό, τότε το διάλυμα που θα προκύψει θα
περιέχει: ΗΑ 0,1∙c1 Μ και NaA 0,1∙c2 M, οπότε [Η3O+1]=Κa ·(0,1c1)/(0,1c2) = Κa·c1/c2.
• Παρατηρούμε δηλαδή ότι κατά την αραίωση το pH του ρυθμιστικού διαλύματος
παραμένει σταθερό. Αυτό βέβαια με την προϋπόθεση ότι ισχύουν οι προσεγγίσεις
που απαιτούνται για την εφαρμογή της σχέσης: [Η3Ο+1] = Κa·cοξέος / cβάσης.
• Όταν, με συνεχή αραίωση, φτάσουμε στο σημείο να μην ισχύουν οι προϋποθέσεις
για την εφαρμογή της παραπάνω σχέσης, τότε το διάλυμα χάνει τη ρυθμιστική του
ικανότητα.

14. Εφαρμογή σχολικού βιβλίου σελίδα 164: Σε 1 L ρυθμιστικού διαλύματος Γ που
περιέχει ΝΗ3 0,2 Μ και NH4Cl 0,4 Μ προσθέτουμε 1 L διαλύματος HCl 0,05 Μ και
παίρνουμε 2 L διαλύματος Δ. Να βρεθεί η [Η3Ο+1] στα διαλύματα Γ και Δ. Δίνονται:
Kb(NH3)=2∙10-5 και Kw=10-14.

15. Χρησιμότητα ρυθμιστικών διαλυμάτων
Τα ρυθμιστικά διαλύματα βρίσκουν πολλές εφαρμογές, όπως:
1. Στην αναλυτική χημεία για τη βαθμονόμηση πεχαμέτρων, ποσοτική ανάλυση
κ.λπ.
2. Στη βιομηχανία. Πολλές χημικές και βιοχημικές διεργασίες πρέπει να γίνονται
σε καθορισμένη τιμή pH (βιολογικοί καθαρισμοί, επεξεργασία δερμάτων,
παραγωγή χρωμάτων, λιπασμάτων κ.λπ.). Αυτό διασφαλίζεται με τη
χρησιμοποίηση ρυθμιστικών διαλυμάτων.
3. Στην ιατρική, βιολογία, φαρμακευτική. Στον ενόργανο κόσμο τα περισσότερα
υγρά των ζώων και φυτών είναι ρυθμιστικά διαλύματα, τα οποία ρυθμίζουν τις
βιοχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα. Για παράδειγμα το αίμα είναι
ρυθμιστικό διάλυμα, γι’ αυτό και οι ενδοφλέβιες ενέσεις περιέχουν ρυθμιστικό
διάλυμα.

16. Ασκήσεις στα ρυθμιστικά διαλύματα.
1. Εύρεση του pH ή του pOH ενός ρυθμιστικού διαλύματος.
2. Εύρεση της αναλογίας όγκων δύο διαλυμάτων που θέλουμε να αναμίξουμε
για να φτιάξουμε ρυθμιστικό διάλυμα.
3. Εύρεση της ποσότητας μιας ουσίας που πρέπει να προσθέσουμε σε ένα
διάλυμα για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα.
4. Εύρεση του pH ή του pOH ενός ρυθμιστικού διαλύματος μετά την προσθήκη
ορισμένης ποσότητας ισχυρού οξέος ή βάσεως.
5. Εύρεση του pH ή του pOH ενός ρυθμιστικού διαλύματος μετά από αραίωση.
6. Παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος ορισμένου όγκου.

17. Ερώτημα Δ4. πανελληνίων εξετάσεων Χημείας Γ΄ τάξης ημερήσιου Γενικού
Λυκείου, 14 Ιουνίου 2017.
Πόση ποσότητα αερίου ΗΙ πρέπει να διαλυθεί πλήρως σε 100 mL διαλύματος
ΝΗ3 συγκέντρωσης 0,1 Μ και pH=11, ώστε να μεταβληθεί το pH του κατά δύο
μονάδες; Κατά την προσθήκη ΗΙ δεν μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος.
Δίνονται: θ=25οC, Kw=10-14. Επιτρέπονται οι γνωστές προσεγγίσεις.
Απάντηση:
Έστω η τα mol του HI που θα προστεθούν.
Για το αρχικό διάλυμα της ΝΗ3 αφού pH=11 => pOH=3 => [OH-1]=10-3 M.
NH3 + H2O ↔ NH4
+1 + OH-1
Αρχ: 0,1 Μ
Αντ/Παρ: - x M +x M +x M
Χ.Ι.: 0,1 – x M x M x M
.10
0,1
)(10
bK
0,1
x
x0,1
xK
][NH
][OH][NHK 5
2322
b
3
11
4
b





Εύρεση της Kb της ΝΗ3.

18. Ερώτημα Δ4. πανελληνίων εξετάσεων Χημείας Γ΄ τάξης ημερήσιου Γενικού
Λυκείου, 14 Ιουνίου 2017.
Πόση ποσότητα αερίου ΗΙ πρέπει να διαλυθεί πλήρως σε 100 mL διαλύματος
ΝΗ3 συγκέντρωσης 0,1 Μ και pH=11, ώστε να μεταβληθεί το pH του κατά δύο
μονάδες; Κατά την προσθήκη ΗΙ δεν μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος.
Δίνονται: θ=25οC, Kw=10-14. Επιτρέπονται οι γνωστές προσεγγίσεις.
Συνέχεια απάντησης:
Εύρεση mol της ΝΗ3: η=C∙V=> η=0,1∙0,1 = 0,01 mol NH3.
Με την προσθήκη ΗΙ το pH θα μειωθεί και θα γίνει pH΄=11 – 2 = 9.
Γίνεται η αντίδραση: ΝΗ3 + ΗΙ → ΝΗ4Ι.
Διερεύνηση για την ποσότητα του ΗΙ:
 Αν η=0,01 mol τότε το NH4I που παράγεται δίνει Η3Ο+1 στο διάλυμα και το pH < 7.
 Αν η > 0,01 mol τότε στο διάλυμα υπάρχει ΗΙ και NH4I που και οι δύο ενώσεις
έχουν όξινες ιδιότητες. Άρα pH < 7.
 Για να παραχθεί διάλυμα με pH΄=9 πρέπει να ισχύει η < 0,01 mol.

19. Ερώτημα Δ4. πανελληνίων εξετάσεων Χημείας Γ΄ τάξης ημερήσιου Γενικού
Λυκείου, 14 Ιουνίου 2017.
Συνέχεια απάντησης:
ΝH3 + ΗΙ → ΝΗ4Ι
Αρχικά: 0,01 mol η mol
Αντ/Παρ: -η mol -η mol η mol
Τελικά: 0,01-η mol 0 mol η mol
Νέες συγκεντρώσεις: Μ
0,1
η0,01C΄ 3NH
 Μ
0,1
ηC΄ 4NH 
Προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα ΝΗ3 / ΝΗ4
+1.
Εύρεση Ka(NH4
+1): .10K
10
10K
K
10K10KK 9
a5
14
a
b
14
a
14
ba


 
Από την εξίσωση των Henderson και Hasselbalch θα έχουμε:
 οξέοςβάσης
οξέος
βάσης
οξέος
βάσης
a cc
c
c
log99c
c
logpKpH
.ΗΙmol0,005ηηη100,
0,1
η
0,1
η0,01 

20. Ερώτημα Δ2. πανελληνίων εξετάσεων Χημείας Γ΄ τάξης ημερήσιου Γενικού
Λυκείου, 9 Σεπτεμβρίου 2016, εξετάσεις τέκνων Ελλήνων του εξωτερικού.
Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμειχθούν διάλυμα NaOH 0,1 M με διάλυμα
HB 1 M και Ka=10-6 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH=6.
Απάντηση:
Έστω x L διαλύματος NaOH 0,1 Μ και y L διαλύματος ΗΒ 1 Μ.
Για το διάλυμα του NaOH: NaOHmolx0,1nVCn
V
nC 
Για το διάλυμα του HB: HBmolyy1nVCn
V
nC 
Αντιδρά όλο το NaOH για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα.
ΗΒ + NaOH → ΝaB + H2O
Αρχικά: y mol 0,1∙x mol
Αντ/Παρ: -0,1∙x mol -0,1∙x mol 0,1∙x mol
Τελικά: y - 0,1∙x mol 0 mol 0,1∙x mol
Νέες συγκεντρώσεις: Μyx
x0,1yC΄HB 
 Μyx
x0,1C΄NaB 


21. Ερώτημα Δ2. πανελληνίων εξετάσεων Χημείας Γ΄ τάξης ημερήσιου Γενικού
Λυκείου, 9 Σεπτεμβρίου 2016, εξετάσεις τέκνων Ελλήνων του εξωτερικού.
Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμειχθούν διάλυμα NaOH 0,1 M με διάλυμα
HB 1 M και Ka=10-6 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH=6.
Συνέχεια απάντησης:
NaB → Na+1 + B-1
Μyx
x0,1


Μyx
x0,1

 Μyx
x0,1


Έχουμε ρυθμιστικό διάλυμα άρα ισχύει ο τύπος:









x0,1y
x0,1
log1log
yx
x0,1y
yx
x0,1
log66c
c
logpKpH
οξέος
βάσης
a
5.
y
x
x0,2yx0,1x0,1y
x0,1y
x0,1
1 


