buffer vraag

[frankknarf]

Ik heb een praktijk vraag over buffers. Er wordt een gasstroom door een NaHCO₃ oplossing (7 w%) gecirculeerd om uit deze gasstroom (van vooral N2) HCl gas af te vangen ivm corrosie.

Ik neem aan dat de reactie vergelijking die hier bij hoort de volgende is:

NaHCO₃ + HCl <-> NaCl + H₂CO₃

In deze gasstroom is ook CO₂ aanwezig. Dit zou met water uit de NaHCO₃ oplossing H₂CO₃ vormen,

CO₂ + H₂O <-> H₂CO₃

wat samen met de NaHCO₃ een koolzuur/carbonaat-buffer vormt.

Echter wordt aan de NaHCO₃ ook NaOH (3 w%) toegevoegd. Mijn vraag is waarom wordt dit gedaan?

De NaHCO₃ is toch voldoende om de HCl te neutraliseren? En waar reageert de HCl eerder mee, met de NaOH of NaHCO₃?

Ik denk dat de NaOH wordt toegevoegd om met de H₂CO₃ weer NaHCO₃ te vormen, is dit juist?

H₂CO₃ + NaOH <-> NaHCO₃ + H₂O



Nu is NaHCO₃ ook een amfolyt, heeft dit in dit voorbeeld nog toegevoegde waarde of doet dat er niet toe?

Ben benieuwd.

[Typhoner]

Als je de oplossing maakt, voeg je aan de NaHCO₃ wat NaOH toe. NaOH is een sterke base, NaHCO₃ is een amfolyt, dus als je een "ondermaat" NaOH toevoegt ga je alle NaOH laten wegreageren, en heb je zowel NaHCO₃ als Na₂CO₃ in je oplossing. Dat is een buffer.

Die buffer kan je dan gebruiken om de HCl af te vangen, in principe zal je met CO₂ wel koolzuur vormen, maar dat zal door de buffer worden "opgeslorpt". Omdat je concentratie Na₂CO₃ langzaam zal dalen kan je dan af en toe wat base bijvoegen om je buffer te regenereren.

[frankknarf]

ok bedankt voor je antwoord.

Maar stel dat je geen NaOH aan de NaHCO₃ zou toevoegen?

Je zoekt naar een oplossing die de HCl afvangt en waarbij de pH lang stabiel blijft. Dus in mijn ogen zou de NaHCO₃ oplossing voldoen en hoef je helemaal geen NaOH toe te voegen. Je vormt wel is waar Na₂CO₃ en deze neutraliseert ook, maar dat doet de NaHCO₃ toch ook?

[Fuzzwood]

Klopt, maar wat heb je liever? Extra CO₂ in de gasstroom, of niet. Die wil je juist afvangen. Dat lukt alleen maar goed in een milieu dat een hogere pKa heeft dan dat van bicarbonaat.

[frankknarf]

Ok dus even samenvatten:

De NaHCO₃ gedraagd zich als een zuur als NaOH wordt toegevoegd en zet alle (ondermaat) NaOH om naar Na₂CO₃.

NaHCO₃ + NaOH -> Na₂CO₃ + H2O

De H₂CO₃ zal eerder door de Na₂CO₃ worden afgevangen dan door de NaHCO₃ omdat deze een hogere pK_a heeft (en dus een lagere pK_b ?)

K_b HCO₃^- = 2,3 * 10^-8 = pK_b=-log(K_b)=pK_a=14-pK_b= 6,36

vs.

K_b CO₃^2- = 1,8 * 10^-4 = pK_b=-log(K_b)=pK_a=14-pK_b= 10,26

Inprincipe is zowel Na₂CO₃ als NaHCO₃ in staat om HCL af te vangen:

NaHCO₃ + HCl -> NaCl + H₂CO₃

Na₂CO₃ + 2HCl -> 2NaCl + H₂CO₃

maar omdat er meer NaHCO₃ aanwezig is dan Na₂CO₃ is de kans groter dat de NaHCO₃ dit doet (?)

Men wil een alkaliteit van de NaHCO₃-oplossing op 1,5-2,0 % NaOH houden door er telkens NaOH aan toe te voegen. Maar op een gegeven moment is de NaHCO₃ voorraad uitgeput en is de pH niet meer te regelen omdat je geen buffer meer hebt (?)