リン酸緩衝液の緩衝能測定実験結果について。

質問

学校で行った実験は、KH2PO4 6.733g，Na2HPO4 0.044gでpH4.68のリン酸緩衝液250mlをつくり、水酸化ナトリウム溶液，塩酸溶液それぞれ0.5mlずつ滴下し、pHを測定するものです。

私は、pH7.2のとき最も強い緩衝能を発揮すると聞いたので、pH4.68からスタートしてNaOHでpHをあげていきpHが7.2に近くなればなるほど、溶液を滴下したときのpHの変化は小さくなっていき、逆にHCLを滴下してけばしていくほどpHの変化は大きくなるだろうと思っていました。

しかし結果は、NaOHのほうはその通りだったんですが、HCLも滴下してくにつれpHの下がり具合は小さくなっていきました。これは何故ですか？もちろん変化の仕方はどちらも僅かずつではありました。
そこまで精密な実験ではないので、失敗だったんでしょうか。

また、緩衝能を最大に発揮しているときのリン酸緩衝液はどういう状態になっているんでしょうか？

お時間あるかたはぜひ教えてください。
専門的なことはわからないので初心者向けの説明をお願いします。

回答No.2

c80s3xxx

>反応式とかじゃなくて説明していただける方はいらっしゃいませんか？

それは無理でしょう．
反応でpHを維持しているわけですから．
それに，「H+ が加わると HPO4(2-) が HPO4(-) になるのに使われるので」というだけでは緩衝の説明としては不十分(緩衝能が最大になる条件が説明できないとか)なのは明らかなので，数式や反応式を使わない説明は説明になりえません．

お礼

私の表現力が足りないせいかうまく聞きたいことがつたわらないようですが、2度もご回答ありがとうございました。参考になりました。

回答No.1

c80s3xxx

酸に酸を加えてもpHはそうそうは下がらないってだけのことでしょう．
入れたHClのpHはどのくらいですかね?

最大の緩衝の起こる条件は，この場合は [HPO4(2-)]=[H2PO4(-)] です．
解離定数の定義より，Ka = [H+][HPO4(2-)]/[H2PO4(-)]
logを撮って logKa = log[H+] + log([HPO4(2-)]/[H2PO4(-)])
pH = -log[H+] だから，
pH = -logKa + log([HPO4(2-)]/[H2PO4(-)]) … (1)
考えている解離平衡は H2PO4(-) ⇔ H+ + HPO4(2-)
いま，酸やアルカリが加わればこの平衡が動き，H2PO4(-) と HPO4(2-) が増減します．加えた酸やアルカリが少量であれば，この増減量は同じで，片方が増えた分だけ片方が減ると近似して十分です．
このとき，上の (1) 式を考えると変化量Δが小さいなら (Δ<<[H2PO4(-)]，Δ<<[HPO4(2-)])，log の中の分数の変化は [HPO4(2-)] = [H2PO4(-)] のときに極小になります(数学の問題)．

お礼

ありがとうございました。参考になります。

補足

ありがとうございます。
量的なことはいただいたご説明でわかるんですが、そのときそれぞれの物質がどのように働くからpHが変動するのかを、反応式とかじゃなくて説明していただける方はいらっしゃいませんか？お願いします。