Tartrate oplosbaarheid

[allotp]

Ik heb een aantal vragen.

Stel we lossen de volgende chemicalien achtereen volgens op....

-1.0 g/l potassium hydrogen tartrate (KHT)

- 843.2 mg/l KCl

- we stellen de pH in op 3.2 met behulp van tartartic acid (H₂T). Hierdoor ontstaat er een buffer oplossing.

- Uiteindelijk vullen we de gehele oplossing aan tot 1 L, waarbij we er voor zorgen dat er ook 12 volume procent ethanol aanwezig is.

Voor dat we echt beginnen deze vraag(1): Iets wat ik nooit heb gesnapt: als je pH op 3.2 insteld en je zou dan pas aanvullen tot 1 L, dan zal de [H⁺] kleiner worden omdat het volume toeneemd. Dus pH wordt hoger?!

Mogelijke reacties:

1. KHT <---> K⁺ + HT^-

2. H²T <---> HT^- + H⁺

3. HT^- <---> T^2- + H⁺

Reactie 2 en 3 hangen af van de pH. Bij pH 3.2 geldt de volgende verhouding tussen de volgende stoffen: H²T : HT^- : T^2- = 43.7 : 54.0 : 2.3

Gegevens:

MW (KHT) = 188.18 g/mol

MW (H²T) = 150.09 g/mol

MW (HT^-) = 149.0 g/mol

MW (KCl) = 74.55 g/mol

Oplosbaarheid (KHT, bij T=20*C en ethanol =12 % v/v) = 2.77 g/L

Berekening:

A. Begin ik met het berekenen van de K_sp van reactie 1.

mol (KHT) = 2.77 / 188.18 = 1.47E-02 mol

mol (KHT) = mol (K⁺) = mol (HT^-) = 1.47E-02 mol

K_sp = [K⁺] x [HT^-]

Alles wordt opgelost in 1 L uiteindelijk!! Vraag (2): mag je dat zo aannemen?

dus K_sp = 1.47E-02 x 1.47E-02 = 2.16E-04

B. Werkelijk hoeveelheid KHT = 1.0/188.18 = 5.31E-03 mol

Dus KHT zal volledig dissocieren in ionen/volledig oplossen.

mol (KHT) = mol (K⁺) = mol (HT^-) = 5.31E-03 mol

mol (KCl) = mol (K⁺) = mol (Cl^-) = 0.8432/74.55=1.13E-02 mol

Omdat de oplosbaarheid van KCl heel groot is zal het volledig dissocieren.

C. Nu begint het. Aan reactie 1 worden dus potassium ionen toegevoegd. Maar hoe berekende je dat nu ook alweer.

Reactie 1. KHT <--->K⁺ + HT^-

Start mol (KHT) = 0; mol (K⁺)= 5.31E-03 + 1.13E-02 = 1.66E-02; mol; mol (HT^-) = 5.31E-03

Verandering +x; -x; -x;

evenwicht 0 + x; 1.66E-02 - x; 5.31E-03 - x;

KHT kan nooit 0 - x zijn want concentraties kunnen niet negatief zijn.

(1.66E-02 - x) x (5.31E-03 - x) = K_sp = 2.16E-04

Als je X nu uitrekent kom ik op 2.67E-02. Onmogelijk dus omdat concentraties dan negatief worden. HELP! En dit is pas de eerste stap.

[rwwh]

Ik neem aan dat bij het oplossen de hoeveelheden in "gram" worden gewogen, en niet in gram/liter? Want als dat laatste het geval is weet je geen enkele concentratie.

1) Schrijf de bufferformule eens op. Wat gebeurt er met de pH waarde als je alles een factor 2 verdunt?

2) Zou je geen rekening moeten houden met de vorming van H₂T en T^2-? Zo niet, dan lijkt dit me juist.

3) Nu vergeet je eenvoudig dat de KH^- door de pH instelling ook voor een deel wordt omgezet in H₂T en T^2-. Ook vergeet je dat er een nog onbekende hoeveelheid H₂T is toegevoegd. Bestaat er een concentratie van KHT, of is dat een vaste stof?

[allotp]

Ik neem aan de antwoorden ook gegeven zijn volgens de nummers die ik heb gebruikt.

1) Schrijf de bufferformule eens op. Wat gebeurt er met de pH waarde als je alles een factor 2 verdunt?

Uit de Henderson-Hasselbalch equation blijkt dat er bij het verdunnen van een buffer niks gebeurt.

pH = pK_a + log ([base]/[acid])

Maar als je toch een gewoon zuur hebt met een pH van bijv. 2.5 Je verdunt het; dan wordt de nieuwe pH automatisch hoger. Maar ik snap al waar ik de fout normaal in ging: zolang je een buffer hebt maakt het allemaal niet meer uit.

2) Zou je geen rekening moeten houden met de vorming van H2T en T2-? Zo niet, dan lijkt dit me juist.

HT^- kan nog wel verder reageren ja. Volgens reactie 3, maar ook volgens reactie 2 omdat er H+ van het water aanwezig is. Dus daar klopt iets niet. Hoe moet ik dat aanpakken.

3) Nu vergeet je eenvoudig dat de KH- door de pH instelling ook voor een deel wordt omgezet in H2T en T2-. Ook vergeet je dat er een nog onbekende hoeveelheid H2T is toegevoegd. Bestaat er een concentratie van KHT, of is dat een vaste stof?

KHT is een vaste stof die oplost volgens reactie 1.

Ik neem aan dat je in de eerste regel HT^- bedoeld ipv KH-.

Je hebt gelijk dat er nog H₂T wordt toegevoegd, maar zo ver zijn we nog niet in de berekening.

Bij het laatste stuk ( C), loop ik namelijk vast omdat ik met de net uitgerekende Ksp en de nieuwe concentratie, geen realistische waardes uitkrijg. Zou je daar even naar kunnen kijken?

Bedankt!

[rwwh]

Sorry, ik heb niet al te veel tijd om te antwoorden, maar ik doe mijn best:

1) De bufferformule geldt natuurlijk altijd. Dus ook voor een gewone oplossing van een zuur. Alleen als één van de twee concentraties heel laag is mag je niet zomaar allebei de concentraties door 2 delen als je water toevoegt. Er zal immers een verschuiving in het evenwicht optreden.

2) Als je zo'n ion oplost dat als zuur zowel als base kan reageren oplost zal een heel klein deel "disproportioneren": de H⁺ die bij de ene reactie wordt geproduceerd, wordt door de andere opgenomen. Ik denk niet dat het de bedoeling is dat je dat hier meeneemt, want anders is de stap wel heel groot. Je zou eerst de Kz van beide reacties moeten kennen voordat je daar rekening mee kunt houden.

3) Ik denk dat die H₂T wel essentieel is, maar ik heb nu geen tijd om het voor je te proberen.

[allotp]

2) Als je zo'n ion oplost dat als zuur zowel als base kan reageren oplost zal een heel klein deel "disproportioneren": de H⁺ die bij de ene reactie wordt geproduceerd, wordt door de andere opgenomen. Ik denk niet dat het de bedoeling is dat je dat hier meeneemt, want anders is de stap wel heel groot. Je zou eerst de Kz van beide reacties moeten kennen voordat je daar rekening mee kunt houden.

De Kz (oftewel de Ka) is niet zo moeilijk. Die heb ik wel maar die hangt natuurlijk af van de pH.

pKa (reactie 2: H₂T <---> HT^- + H⁺)= 2.98

pKa (reactie 3: HT^- <---> T^2-) + H⁺)= 4.34

Met de formule pH = pKa + log ([base]/[acid]) en de verhouding die in de literatuur staat (H2T : HT- : T2- = 43.7 : 54.0 : 2.3) zou je verder moeten kunnen rekeken (lijkt mij zo dan he). Maar hoe?

[rwwh]

De Kz is niet afhankelijk van de pH, hoor!

Ik kom toch even terug op de disproportionering. Kun je iets met de volgende reactie:

2HT^- ---> T^2- + H₂T ?

Zou je kunnen uitrekenen hoe ver deze reactie verloopt? Neem even aan dat de twee producten hierdoor in even grote hoeveelheden in de oplossing komen. Je moet dan ook de pH kunnen uitrekenen. Vanuit dat punt kun je vraag (2) verder uitwerken.

[rwwh]

Ik zal zelf even de volgende zet maken:

[H⁺][HT^-] / [H₂T] = 10^-2,98

en

[H⁺][T^2-] / [HT^-] = 10^-4,34

Deel deze twee op elkaar voor de disproportionering:

[HT^-]² / [T^2-][H₂T] = 10^4,34-2,98 = 22,9

Als nu de twee concentraties [H₂T] en [T^2-] gelijk moeten zijn, dan geldt:

(a-x)² / x² = 22,9, ofwel (a-x)/x = 4,79. De verhouding [H₂T] : [HT^-] : [T^2-] is dan dus 1: 4,79 : 1 ofwel 14,7 : 70,5 : 14,7

De pH volgt uit invullen: [H⁺] * 4,79 / 1,0 = 10^-2,98 --> pH = 3,66

Van hier uit kun je vrij eenvoudig bepalen hoeveel van de opgeloste HT^- niet als zodanig in oplossing is. En dus weet je ook met hoeveel je het oplosbaarheidsproduct moet corrigeren.

Er is echter een probleem: de in de opgave gegeven verhouding bij pH=3,2 (43.7 : 54.0 : 2.3) klopt niet met die 22,9.... 54²/(2,3*43,7) = 29,1.... Ik denk dus dat jouw Kz en deze waarden niet bij elkaar horen. Temperatuurverschil? Nu kun je natuurlijk blind deze 29,1 invullen en uitrekenen hoeveel het oplosbaarheidsproduct dan gecorrigeerd moet worden (1 : 5,39 : 1) .... maar dat is niet echt fijn.

[allotp]

De Kz is niet afhankelijk van de pH, hoor!

Klopt...uiteraard is de Kz niet afhankelijk vd pH. vergissing.

[allotp]

Dankje voor je reactie! Blijkbaar is er dus iets grondigs fout. Ik kan de pKa-waardes niet precies vinden bij bepaalde pH en bepaalde ethanol concentratie. De enige dingen die ik er over kan vinden zijn de de oplosbaarheid en de verhoudingen bij die pH (zie eerste post).

Nu verder op jou post. Ik kan het niet meer volgen vanaf "Als nu de twee concentraties [H2T] en [T2-] gelijk moeten zijn, dan geldt ......." Wat bedoel je precies met "a" in (a-x) en etc.? Het lijkt me dat je zoiets bedoeld als (oude concentratie HT - x)/ ((x)(x)) waarin x dan de nieuwe evenwicht concentraties zijn. Dan kom ik ook nog wel op de getal van 4.79. Maar hoe je dan de pH uitrekent is voor mij een raadsel 8-[ .

[rwwh]

Je begrijpt het goed. De pH reken je uit door invullen in een van de twee Kz formules:

[H⁺][HT^-] / [H₂T] = 10^-2,98

Je kent nu namelijk [HT^-] / [H₂T] ....

PS: je kunt je ook op het gevoel voorstellen dat onder de voorgestelde condities de pH precies midden tussen de twee Kz waarden moet zitten....

[allotp]

aah ja...ik heb hm door! Kan er vandaag niet aan verder gaan...maar toch bedankt! Morgen is weer een dag he...