.
We hebben bijvoorbeeld een zwak zuur.
Ik noem het HA.
A staat eigenlijk voor heel veel soorten elementen die ik hier neer kan zetten.
Het kan fluor zijn maar het kan ook een ammonia molecuul zijn.
En als je een H toevoegt wordt het ammonium.
Dus dit is geen specifiek element waar ik het over heb.
Dit is gewoon een algemene manier om een zuur te schrijven.
En natuurlijk zeggen we dat het in evenwicht is
en dit heb je meerdere keren gezien, een proton.
En dit is allemaal in een waterige oplossing.
Dit zijn een los proton en de geconjugeerde base.
Dit zijn het losse proton en de geconjugeerde base.
A-.
En we konden ook het basische evenwicht schrijven
waar we zeggen dat de geconjugeerde base uiteen kan vallen
of het kan een waterstof van water pakken en OH maken.
En dan hebben we ook meerdere keren gedaan.
Maar dat is niet het idee van deze viedo.
Dus laten we eens bedenken wat er kan gebeuren
als we het evenwicht een beetje opschudden.
En je kan je al wel indenken dat ik weer Le Chatelier's principe erbij haal,
welke in essentie het volgende zegt:
Als je een evenwicht wat opschudt, dan verschuift het om weer opnieuw in evenwicht te komen.
Dus laten we eens wat stress aan het systeem toevoegen.
Ik doe dat in een andere kleur.
Ik ga een sterke base toevoegen.
Dat is te donker.
Ik voeg wat NaOH toe.
En we weten dat het een sterke base is als je het in een waterige oplossing doet:
Dan valt het natrium er direct af maar het belangrijkste wat er is,
is het OH in de oplossing, want die wil waterstof weghalen.
Dus als je deze OH toevoegt aan de oplossing, wat gebeurt er dan
met elke mol die je toevoegt?
Voor elke mol, elk molecuul dat je toevoegt aan de oplossing,
zal een waterstofmolecuul opgegeten worden, toch?
Dus als je bijvoorbeeld 1 mol waterstofmoleculen in je oplossing had
en je voegde eraan toe 1 mol natriumhydroxide,
dan reageert dit allemaal met elkaar.
De OH gaat reageren met de H en vormt dan water,
en beiden zullen dan gewoon verdwijnen in de oplossing.
Zij verdwijnen niet echt maar zijn gewoon omgezet in water.
En dus gaat al deze waterstof weg.
In ieder geval het waterstof wat in het begin aanwezig was.
Deze ene mol waterstof zal verdwijnen.
En wat gebeurt er met deze reactie?
Nou we weten dat het een evewichtsreactie is.
Dus als deze waterstof verdwijnt dan zal, omdat het een evenwichtsreactie is
of omdat het een zwakke base is,
meer van dit omgezet worden naar deze twee producten
om het verlies aan waterstof goed te maken.
En hiermee kun je zelfs in de wiskunde spelen.
Dus deze waterstof gaat in het begin naar beneden en dan gaat het weer snel richting een evenwicht.
Maar deze zal naar beneden gaan.
Dus gaat deze dan omhoog.
En deze zal dan minder snel nar beneden gaan.
Want al dat natriumhydroxide wat we hebben toegevoegd heeft al het waterstof opgegeten.
Maar dan heb je dit: je kan het zien als een reservevoorraad waterstof
om waterstof te produceren.
En als dit dan verdwijnt, dan zal deze zwakke base nog meer uit elkaar vallen.
Het evenwicht zal deze kant op schuiven.
Dus onmiddelijk wordt dit allemaal opgegeten.
Maar als het evenwicht die kant op verschuift
dan zal veel van het waterstof vervangen worden.
Dus als je nadenkt over wat er gebeurt nu ik natriumhydroxide in het water heb gegooid.
Ik deed zojuist NaOH in de waterige oplossing, gewoon erin gegooid,
dat volledig uit elkaar valt in natrium cationen en hydroxide anionen.
.
Dus plotseling heb een directe verhoging van de hoeveelheid OH
door het aantal van van natriumhydroxide dat je toevoegt
en je zou dan meteen de pH verhogen, toch?
Onthoud:
Als je de hoeveelheid OH verhoogt, zou je de pOH verlagen, toch?
En dat is logisch omdat het de negatieve log is.
Dus als meer OH hebt, verlaag je de pOH en verhoog je de pH.
Denk gewoon: OH, dan maak ik het meer basisch.
En een hoge pH betekent ook zeer basisch.
Als je een mol van dit hebt, krijg je een pH van 14.
En als je een sterk zuur had, niet een sterke base,
dan zou je een pH van 0 krijgen.
Hopelijk raak je steeds bekender met dat concept, maar als het je in verwarring brengt,
speel dan gewoon een beetje met de log dan snap je het uiteindelijk wel.
Nu even terug naar het onderwerp: oomdat we dit in water hebben gedaan
krijg je meteen een enorm hoge pH omdat de OH concentratie gigantisch wordt.
Maar als je dat hier doet: als je natriumhydroxide in de oplossing doet
en deze oplossing bevat een zwak zuur en zijn geconjugeerde base,
wat gebeurt er dan?
Het reageert natuurlijk meteen met al het waterstof en eet het allemaal op.
En dan heb je deze extra voorraad hier steeds blijft voorzien van meer en meer waterstof.
En die maakt al het verlies weer goed.
Dus de stress zal niet zo erg zijn.
En hier verhoog je enorm de pH als je het gewoon in water gooit.
Maar hier verhoog je de pH veel minder.
In volgende video's zullen we zelfs de wiskunde doen achter hoeveel de pH dan verhoogd wordt.
En je kan het zien als dat dit optreedt als een soort schokbreker voor de pH.
Ook al gooide je deze sterke base in de oplossing,
het verhoogde de pH niet met wat je verwachtte.
En je kunt het ook de andere kant op doen.
Als ik dezelfde reactie schrijf als een basische reactie
en onthoudt dat het hetzelfde is.
Dus als ik dit schrijf als A-, de geconjugeerde base,
die is in evenwicht met de geconjugeerde base die iets pakt van het water
in de omringende oplossing.
Alles waar we mee te maken hebben is in waterige oplossing.
En het water, waar het van pakte, wordt natuurlijk niet een OH.
Onthoud dat het dezelfde reacties zijn.
Hier schrijf ik het als een zure reactie.
Maar ze zijn hetzelfde.
Nu...
Als je een sterk zuur aan de oplossing toe voegt,
wat gebeurt er dan?
Dus als ik hier wat zoutzuur in gooi.
Als ik nu zoutzuur direct in het water gooi zonder de oplossing, zou het volledig uit elkaar vallen
In een aantal waterstoffen en een aantal chloor anionen.
En dat zou het meteen heel zuur maken.
Je zou een hele lage pH krijgen.
Als je een mol van dit, een concentratie van 1 molair,
dan zou de pH 0 worden.
Maar wat gebeurt er als je zoutzuur in deze oplossing gooit?
Dez oplossing met de zwakke base en het geconjugeerde zwakke zuur?
Nou, al deze waterstofprotonen vallen af van het zoutzuur
en zij zullen reageren met de OH die je in de oplossing hebt.
En die strepen gewoon tegen elkaar weg.
Zij gaan gewoon samen en vormen dan water
en worden onderdeel van de waterige oplossing.
Dus in het begin gaat de concentratie OH naar beneden
maar dan heb je hier de reserve van de zwakke base.
En dat vertelt Le Chatelier's principe ons.
We hebben de stressfactor die onze OH concentratie verlaagt
en dan verschuift de reactie in de richting waarmee de stress weggaat.
Dus de reactie gaat die kant op.
Dus je zal meer van onze zwakke base hebben dat omgezet wordt in een zwak zuur en OH produceert.
Dus de pH zal niet zoveel dalen als dat je verwacht
als wanneer je dit gewoon in water gooit.
Dit zal de pH verlagen, maar dan heb je meer OH
dat geproduceerd kan worden omdat deze steeds meer en meer waterstof van het water pakt.
Dus je kan het zien als een soort kussen of springveer
in termen van wat een sterk zuur of base kan doen in de oplossing.
En dat is waarom het een buffer genoemd wordt.
Een buffer.
Omdat het als een kussen het zuur opvangt.
Als je een sterke base aan water toevoegt, verhoog je direct de pH.
Of je verlaagt de zuurgraad enorm.
Maar als je een sterke base aan een buffer toevoegt, dan zul je, volgens Le Chatelier's principe,
de pH niet zoveel veranderen.
Hier geldt hetzelfde:
Als je een sterk zuur aan diezelfde buffer toevoegt, dan zal de pH niet zoveel veranderen als je verwacht
dan wanneer je het zuur in water gooit
omdat een evenwichtsreactie altijd de hoeveelheid OH kan bijvullen
van wat hij verloren is door het zuur, of het kan de hoeveelheid waterstof bijvullen
die het kwijt is geraakt door de toevoeging van de base.
En dat is waarom het een buffer wordt genoemd.
Het werkt als een soort kussen.
Dus het geeft stabiliteit aan de pH van de oplossing.
De definitie van ee buffer is eigenlijk dus een oplossing van een zwak zuur
in evenwicht met zijn geconjugeerde zwakke base.
Dat is een buffer en zo wordt het genoemd omdat het dient als een soort kussen voor de pH.
Het is een soort stress absorbeerder of een schokbreker voor de zuurgraad van de oplossing.
Nu we dit weten, laten we eens de wiskunde gaan verkennen van een buffer,
welke eigenlijk hetzelfde is als dat van een zwak zuur.
Dus als we de vergelijking weer herschrijven, dus HA is in evenwicht.
Alles is in waterige oplossing.
Met waterstof en zijn geconjugeerde base.
We weten dat hier een evenwichtsconstante voor bestaat.
Daar hebben we vele video's over gepraat.
De evenwichtsconstante hier is gelijk aan de concentratie van onze waterstofprotonen
keer de concentratie van zijn geconjugeerde base.
En als ik concentratie zeg, dan bedoel ik de molariteit.
Mol per liter gedeeld door de concentratie van ons zwakke zuur.
Mol per liter dus. Gedeeld door de concentratie van ons zwakke zuur.
Nu kunnen we de log of negatieve log nemen.
Maar laten we hem oplossen voor de waterstofconcentratie.
Want wat ik hier wil doen is een formule bedenken
en die noemen we dan de Henderson-Hasselbalch Formule,
waarvan veel boeken eisen dat je die onthoudt, maar waarvan ik denk dat het niet hoeft.
Ik vind dat je altijd vanuit soort simpele aannames naar het antwoord toe moet werken.
Maar laten we het oplossen voor waterstof zodat we een relatie kunnen vinden
tussen de pH en al die andere dingen die in de formule staan.
Dus ik wil het oplossen voor waterstof, dan kunnen we beide kanten vermenigvuldigen
met het omgekeerde van dit hier.
En dan krijg je de waterstofconcentratie.
Dus ik vermenigvuldig beide kanten met het omgekeerde van dat.
Dus keer de concentratie van ons zwakke zuur gedeeld door
de concentratie van onze zwakke base is gelijk aan onze concentratie van waterstof.
Prima.
Laten we nu dan de negatieve log van beide kanten nemen.
Dus de negatieve log van dat allemaal, van zuur evenwichtsconstant,
keer HA, ons zwakke zuur, gedeeld door onze zwakke base,
is gelijk aan de negatieve log van onze waterstofconcentratie.
Wat gewoon onze pH is, toch?
De definitie van de pH is de negatieve log van de waterstofconcentratie.
Ik schrijf de 'p' en de 'H' in verschillende kleuren.
Je weet dat de p gewoon de negatieve log betekent.
De negatieve log.
Dat is alles.
Met grondtal 10.
Even kijken of we dit nog simpeler kunnen maken.
Halen we de logaritmische eigenschappen weer erbij.
We weten dat als je de log ergens van neemt
en je het vermenigvuldigt, dat hetzelfde is als de log van de ene plus de log van de ander.
Dus dit kan simpeler gemaakt worden tot de negatieve log van onze Ka
min de log van de concentratie van ons zwakke zuur gedeeld door
de concentratie van zijn geconjugeerde base.
Dat is gelijk aan de pH.
Dit is gewoon de pKa van ons zwakke zuur, wat de negatieve log is van de evenwichtsconstante.
Dus dit is gewoon de pKa.
En de negatieve log van HA gedeeld door A.
Wat we kunen doen is van dit gewoon een plus maken en dan dit tot de macht min 1 doen.
Toch?
Dat is nog een eigenschap van de logaritme en dat kan je terugkijken als je in de war bent.
En dit tot de macht min 1 betekent gewoon dat je het om moet keren.
Dus kunnen we zeggen: plus de logaritme van de concentratie van de geconjugeerde base
gedeeld door de concentratie van het zwakke zuur
is gelijk aan de pH.
En dit hier wordt de Henderson-Hasselbalch Vergelijking genoemd.
En ik moedig je echt aan dit niet te onthouden.
Want als je dat probeert binnen een paar uur,
dan vergeet je weer of het nu een plus of een min was hier.
Je zult dit vergeten en je zult vergeten dat je hier de A- zet of de HA in de noemer of de teller,
en als je dat vergeet, kan dat fataal zijn.
Het beste om te doen is gewoon beginnen vanuit de eerste aannames.
En geloof me:
Het kostte mij een paar minuten om dit te doen, maar als het het snel op papier doet
en niet zo uitgebreid als ik het deed,
dan kost het bijna geen tijd om tot je vergelijking te komen.
Dit is veel beter dan het te onthouden en dit vergeet je nooit meer.
Maar waarom is dit nu nuttig?
Nou, het verbindt direct de pH aan onze pKa en dit is constant voor een evenwicht, toch?
Plus de log van de verhouding tussen het zuur en de geconjugeerde base.
Dus hoe meer geconjugeerde base ik heb, des te minder zuur heb ik
en des te hoger zal mijn pH worden.
Toch?
Als dit omhoog gaat en deze naar beneden,
dan zal mijn pH omhoog gaan.
Wat logisch is omdat ik meer base in de oplossing heb.
En als ik het omgekeerde heb, zou die ook kunnen dalen.