Dung dịch đệm là thuật ngữ quan trọng trong lĩnh vực hóa học và sinh học. Nó được sử dụng phổ biến trong các thí nghiệm và cả tự nhiên để giữ được độ pH cố định. Vậy dung dịch đệm là gì? Bài viết hôm nay sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về dung dịch này và những ứng dụng quan trọng của nó trong các lĩnh vực khoa học, công nghiệp. Cùng theo dõi nhé!
Dung dịch đệm là gì?
Dung dịch đệm là dung dịch chứa các chất để giữ vững độ pH ổn định, giúp ngăn chặn sự thay đổi đột ngột của pH khi có sự thêm hoặc loại bỏ các chất, tạo ra sự cân bằng giữa axit và bazơ. Điều này giúp duy trì môi trường hoạt động lý tưởng cho các phản ứng hóa và sinh học. Dung dịch đệm có hai trường hợp là sự kết hợp của bazơ liên hệ của nó và axit yếu hoặc trường hợp một bazơ yếu và axit liên hợp. Nhờ tính ứng dụng cao, dung dịch đêm xuất hiện trong các thí nghiệm hóa học, ngành sản xuất mỹ phẩm để cố định nồng độ pH.
Trong một dung dịch đệm có thể có các chất: Axit + bazơ, CH3COOH + CH3COONa, NahCO3 + Na2CO3, Nh4Cl + NH3.
Tìm hiểu về dung dịch đệm – Ví dụ về dung dịch đệm (Ảnh: Internet)
Thành phần của dung dịch đệm là gì?
Để độ pH luôn ổn định và hạn chế tối đa sự thay đổi trong quá trình phản ứng hóa học hay quá trình thí nghiệm thì dung dịch đệm thường chứa những thành phần sau đây:
- Chất tạo đệm: Là thành phần chính trong dung dịch đệm có vai trò duy trì nồng độ pH. Ví dụ như muối acetate và axit acetic được dùng để tạo dung dịch đệm axit axetic/acetate.
- Axit: Một số dung dịch đệm sẽ chứa axit để giữ được độ pH thấp. Ví dụ như dung dịch đệm axit acetic chứa axit axetic.
- Muối: Ngoài khả năng giữ ổn định độ pH, muối còn giúp cân bằng ion trong dung dịch. Muối có thể là axit muối hoặc bazơ muối tùy theo yêu cầu của quá trình thí nghiệm. Ví dụ: Muối natri acetate có trong dung dịch đệm axit axetic/acetate.
- Nước cất: Là thành phần cơ bản nhất của dung dịch đệm. Nó giúp tạo nền cho các chất tạo đệm và các thành phần khác.
Tùy vào từng mục đích sử dụng mà các hoạt chất hóa học khác sẽ được thêm vào dung dịch đệm để làm điều kiện cho phản ứng hoặc quá trình cụ thể. Các hoạt chất này sẽ có nồng độ pH nhỏ hơn 2 hoặc cao hơn 10.
thành phần dung dịch đệm (Ảnh: Internet)
Phân loại dung dịch đệm
Dung dịch đệm thường được chia thành hai loại là dung dịch đệm mang tính kiềm và dung dịch đệm mang tính axit.
Dung dịch đệm mang tính axit
Để hiểu rõ hơn về các loại dung dịch đệm là gì, đầu tiên chúng ta cùng đi tìm hiểu về loại dung dịch đệm mang tính axit. Loại dung dịch đệm này có độ pH < 7, được cấu tạo từ một axit yếu và muối natri trong trường hợp thông thường.
Ví dụ về dung dịch đệm mang tính axit là sự kết hợp của axit axetic và natri axetat. Khi nồng độ mol của axit và muối của dung dịch bằng nhau thì dung dịch đó sẽ có độ pH là 4,76. Việc coi trọng nồng độ bao nhiêu là không cần thiết vì chỉ cần chúng giống nhau.
Vậy có thể thay đổi nồng độ pH không? Chúng ta có thể thay đổi tỷ lệ nồng độ của axit và muối hoặc chọn một axit khác hoàn toàn, đồng thời sẽ chọn một trong các muối hoàn toàn khác của nó.
Tuy nhiên cần phải lưu ý, khi một axit cực kỳ yếu kết hợp với một trong các muối của nó sẽ tạo thành hỗn hợp đệm chứa tính kiềm.
Dung dịch đệm mang tính bazơ
Dung dịch đệm mang tính bazơ tương ứng với độ pH > 7 và thường được tạo bởi một bazơ yếu và muối của nó.
Chúng ta thường biết đến dung dịch đệm này thông qua việc sử dụng hỗn hợp dung dịch chứa amoniac cùng dung dịch chứa amoni clorua. Dung dịch này mang độ pH là 9,25 khi trộn hỗn hợp này theo tỷ lệ mol 1:1. Cũng giống như dung dịch đệm mang tính axit, nồng độ không quan trọng mà chỉ cần chúng giống nhau là được.
Các dung dịch đệm thường gặp – Dung dịch đệm acetat (Ảnh: Internet)
Công thức tính độ pH của dung dịch
Bên cạnh khái niệm dung dịch đệm là gì thì cách tính độ pH của dung dịch đệm cũng là điều mà rất nhiều người quan tâm.
Trong dung dịch axit yếu luôn tồn tại một cân bằng giữa phân tử axit và bazơ liên hợp của nó. Với ion H+ khi cho vào dung dịch thì cân bằng sẽ chuyển dịch sang trái theo nguyên lý chuyển dời Le Chatelier. Ngược lại, cân bằng sẽ dịch chuyển sang phải khi ion H+ bị giảm đi theo phản ứng: H+ + PH– → H2O. Vì thế, các tác động cân bằng mới sẽ làm sự thiết lập của pH thay đổi.
Hằng số phân ly axit HA:
Công thức tính độ pH của dung dịch đệm (Ảnh: Internet)
Với thao tác biến đổi logarit sẽ có được phương trình Henderson-Hasselbalch, khi đó độ pH sẽ phụ thuộc pKa:
Công thức tính độ pH của dung dịch đệm theo pKa (Ảnh: Internet)
Đặt [A–] là nồng độ của bazơ liên hợp, [HA] là nồng độ của axit yếu lúc cân bằng được thiết lập sẽ có đằng thức pH = pKa. Khi nồng độ của axit và bazơ liên hợp bằng nhau thường được gọi là bán trung hòa.
Việc tính toán độ pH của dung dịch đệm không quá phức tạp, chỉ cần nhận biết được các chất trong hỗn hợp, xem bảng Bắt đầu – Phản ứng – Cân bằng hay còn được gọi là ICE table.
Vì vậy cần lưu ý việc đo độ pH không giống tính toán độ pH. Các dung dịch có thể được tạo thành từ nhiều hơn một aixt yếu và các bazơ liên hợp của nó. Có thể tạo ra một vùng đệm rộng hơn vùng đệm ban đầu bằng cách trộn các tác nhân đệm riêng lẻ.
Tính chất cơ bản của dung dịch đệm
Tính chất của dung dịch đệm là gì, cùng tìm hiểu ngay sau đây:
- Ổn định pH: Dung dịch đệm giữ cho độ pH của nước trong phạm vi nhất định, giúp giảm thiểu ảnh hưởng của các tác nhân ngoại lai.
- Độ dẫn điện: Nhiều dung dịch đệm có khả năng dẫn điện, đây là điều quan trọng trong các ứng dụng điện hóa.
- An toàn cho các phản ứng: Dung dịch đệm giúp kiểm soát tốt các điều kiện môi trường, bảo vệ các phản ứng hóa học và sinh học khỏi sự biến động không mong muốn.
Dung dịch đệm dùng để làm gì – Các ứng dụng quan trọng trong thực tế (Ảnh: Internet)
Ứng dụng của dung dịch đệm
Vậy ứng dụng quan trọng của dung dịch đệm là gì? Cùng tìm hiểu những ứng dụng trong thực tế của nó nhé!
- Trong phòng thí nghiệm: Dung dịch đệm được dùng để chuẩn bị môi trường phản ứng ổn định cho các thí nghiệm hóa học, sinh học.
- Trong công nghiệp sinh học: Dung dịch đệm có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất các sản phẩm sinh học, nó giúp duy trì điều kiện tối ưu cho các vi sinh vật.
- Trong phân tích hóa học: Dung dịch đệm được dùng để chuẩn bị môi trường lý tưởng cho các phương pháp phân tích hóa học.
>>> Có thể bạn quan tâm: Polymer là gì?
Kết luận
Trên đây là những thông tin chi tiết tìm hiểu về dung dịch đệm là gì và những ứng dụng của nó. Dung dịch đệm có vai trò quan trọng trong việc duy trì và kiểm soát môi trường cho các quá trình hóa học, sinh học. Việc nắm được các tính chất cũng như ứng dụng của dung dịch đệm sẽ giúp tối ưu hóa được quá trình nghiên cứu và sản xuất trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghiệp.
Jasmine Wu – Hapoin
