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リン酸を使った緩衝液とpHについて

(1)リン酸とリン酸一塩(とういのでしょうか?)を使ったリン酸緩衝液の理論上のpH計算は pH = pKa + log {[H2PO4(-)] / [H3PO4]} でよろしいのでしょうか? (2)また[H(+)]を足したときは pH = pKa + log {[H2PO4(-)] - [H(+)] / [H3PO4] + [H(+)]} でよろしいのでしょうか? (3)リン酸のpHの求め方は? リン酸の解離度はα=0.27となっていたのですが、酢酸などの弱酸の解離の計算方法でよろしいのでしょうか?(二段目以降は無視してOK?) [H(+)] = [H2PO4(-)] + [OH(-)] 電気的中立 (酸性なので [H(+)] = [H2PO4(-)] と仮定)・・・A C = [H3PO4] + [H2PO4(-)] 質量収支 (Aを代入するが、弱酸で解離度が小さいのでC = [H3PO4]と仮定)・B Ka = [H(+)][H2PO4(-)] / [H3PO4] にA、Bに代入し計算 Ka = [H(+)]^2 / C よりpHを求める もちろん実験的にはpHメーターを使って調整した方がよいのでしょうが、pH4のリン酸緩衝液を作りたいのですが、理論も不確かで難航しています。 (4)もし、よろしければpH4のリン酸緩衝液の作り方・あるいはpH4くらいの他の緩衝液の作り方も教えていただければ幸いです。

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一応補足しときます。 #1にも記したようにリン酸のpK1=2.12と比較的大きい為、 「近似ができない」のでそのまま2次方程式を解く事になります。 (1) [H3PO4]=a(M)、[H2PO4^-]=b(M)として水の解離によるH^+を無視すると、 [H^+][H2PO4^-]/[H3PO4]=[H^+](b+[H^+])/(a-[H^+])=K1 → [H^+]^2+(b+K1)[H^+]-a*K1=0 を解きます。 (2) H^+=c(M)を加えると、H2PO4^- + H^+ → H3PO4 より、 [H3PO4]=a+c(M)、[H2PO4^-]=b-c(M)として水の解離によるH^+を同様に無視すると、 [H^+](b-c+[H^+])/(a+c-[H^+])=K1 → [H^+]^2+(b-c+K1)[H^+]-(a+c)K1=0 (3) K1>>K2より、[H^+]^2/(C-[H^+])=K1 → [H^+]^2+K1[H^+]-CK1=0 また緩衝作用を持つ為の必要条件として、 1/10<(酸━塩基対の比)=[H2PO4^-]/[H3PO4]<10 があるので、 これより有効な緩衝溶液のpHは、pKa-1<pH<pKa+1程度になる事が分かります。 だからリン酸の3つのpKaから考えると、pH=4の有効な緩衝溶液の調整は無理だと言う事になります。

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質問者からのお礼

ありがとうございます。 目から鱗が落ちました? 1/10<(酸━塩基対の比)=[H2PO4^-]/[H3PO4]<10 があるので、 これより有効な緩衝溶液のpHは、pKa-1<pH<pKa+1程度になる事が分かります。 だからリン酸の3つのpKaから考えると、pH=4の有効な緩衝溶液の調整は無理だと言う事になります。 というのは初めて聞きました。他の条件でも調べてみたいと思います。

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  • 回答No.1
  • nious
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pH=4の「意味のある」リン酸緩衝溶液を作るのは無理でしょう。 例えば「ギ酸―ギ酸ナトリウム」による緩衝溶液なら作れると思いますよ。 リン酸のpK1=2.12、pK2=7.21、pK3=12.32、ギ酸のpKa=3.74

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