2011年6月5日 星期日

緩衝容量 Buffered Capacity

化學原理啟迪193
1.     一份緩衝溶液的緩衝容量buffer capacity,是指這個溶液吸收質子或氫氧根離子後,pH值仍未改變的容量
2.     緩衝容量很大的緩衝溶液,含有高濃度的緩衝物質,因此能夠吸引相當大量的質子或氫氧根離子,卻只改變一點點pH值。緩衝溶液的pH值取決於[A][HA]的比例。緩衝溶液的容量取決於[HA][A]的大小。
3.     【例題】當0.010mol的氣體HCl加入以下1.0L的溶液中,計算pH值有何改變。
溶液A5.00 M HC2H3O25.00 M Na C2H3O2
溶液B0.050 M HC2H3O20.050 M Na C2H3O2
醋酸的Ka1.8×105
4.     【解題】我們利用韓德森方程式解開以上二種溶液的初始濃度
pHpKa+log([C2H3O2][H C2H3O2])
以上這二種溶液的[C2H3O2]=[HC2H3O2]。因此,溶液A和溶液B都是
pHpKa+log(1)pKalog1.8×105)=4.74
5.     增加HCl到每種溶液之後,在反應發生前,溶液內的主要物質是
HC2H3O2,  Na+,  C2H3O2,  H+,  ClH2O
注:H+,  Cl 來自於加入的HCl氣體
6.     這幾種物質會產生任何的反應嗎?這裡有大量的H+能夠與任何鹼起反應。我們知道Cl不會與H+反應形成HCl。然而,C2H3O2會與H+反應形成弱酸HC2H3O2
H+(aq)  + C2H3O2(aq) → HC2H3O2 (aq)
因為HC2H3O2是弱酸,我們假設這個反應將會是完全反應(完全消耗掉H+);新增加的0.010mol H+將會與0.010mol C2H3O2反應成0.010mol H C2H3O2
7.     溶液A反應後得到以下濃度
8.     把新的濃度代入韓德森方程式,就能得到新的pH值:
pHpKa+log([C2H3O2][HC2H3O2]) 4.74+ log(4.995.01)
4.740.00174.74
這個答案顯示增加0.010mol的氣體HCl幾乎不會改變溶液的pH值。
9.     溶液B的計算如下
10. 新的pH值是
pH4.74+log(0.0400.060)4.740.184.56
雖然溶液BpH值改變很小,但確實有改變。
11. 這些結果顯示,含有更大量的緩衝物質的溶液A,比溶液B擁有更大的緩衝容量。
n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles
徐弘毅:
1.     每一種緩衝溶液的緩衝能力不同,有的緩衝溶液能夠吸收很多的酸或鹼而不改變它的pH值,有的緩衝溶液只能對付一點點的酸或鹼,為什麼會有這種差別?
2.     第一、緩衝能力強的緩衝溶液,它的緩衝物質濃度較高。
3.     第二、緩衝能力強的緩衝溶液,它的弱酸分子與鹽類提供的共軛鹼,或者弱鹼分子與鹽類提供的共軛酸,比例是11
4.     舉例來說,醋酸跟醋酸鈉鹽調製成的緩衝溶液,裡面含有醋酸分子HC2H3O2和醋酸根離子C2H3O2,雖然,醋酸分子被稱為酸,醋酸根離子被稱為共軛鹼,但實際上這二種物質的都是中性的,它們不會影響溶液的pH,而且還有消化酸或鹼的能力。
5.     如果溶液加入「鹼OH」,那麼醋酸分子就會提供它的「氫質子酸H+」與「OH」中和成「水H2O」;如果溶液加入「酸H+」,醋酸根根離子C2H3O2就會跟「酸H+」結合成中性的醋酸分子,讓溶液保持中性。
6.     因為緩衝的力量來源是「醋酸分子」和「醋酸根離子」,如果醋酸分子」和「醋酸根離子」的濃度很高,並且比例是11,那麼緩衝容量就會很高,也就是溶液能夠接受很多的酸或鹼,卻仍然保持中性。
7.     有二個人在吵架,誰能當和事佬?第一、武力遠遠比那二個人強。第二、理性與知識程度遠遠高過吵架的那二個人。所以要當真的老大真不容易。
8.     家裡的小孩子吵架,如果媽媽的理性與學識程度比小孩子高不了多少,她如何排解紛爭?如何作理性的分析,把道理講得清楚?大部分的結局很可能是媽媽跟著情緒失控、加入戰爭,大家吵成一團。
9.     台灣現在校園霸凌的事情很多,要能夠有效解決霸凌的那個老師一定是「文武雙全」:一、在運動方面的技能遠遠超過學生。二、理性與學識遠遠高過學生,他能夠理性冷靜地聽大家的說詞,用法學、社會學、教育學、心理學等等不同的工具,來分析學生的優缺點,讓他們知道自己的問題,同時讓他們知道改善優缺點的步驟,老師也能身體力行當學生的表率,這樣子學生就服氣了,有學習的標竿。
10. 有充足的知識來作為分析判斷事件的種種面向,才能讓多數的人瞭解客觀的社會真實以及未來努力的方向,還有進步的程序與方法,這樣的人才能夠實現社會正義,讓社會有發生衝突時的緩衝液。
11. 沒有知識的法官,判案一定不公平;沒有知識的警察,一定胡亂開單引起民怨;沒有知識的人,做事情絕對不可能公平正義、一定多重標準,一定自私自利,一定前後矛盾、不得不朝令夕改、不守信用、政見跳票
12. 台灣有很多恐龍法官,主因當然是法官的知識程度太差。有些法官很好,但是說服不了百姓的看法,這當然也是法官知識不夠,說理不夠清楚明白造成的結果;但更主要的原因,部分社會大眾無知而誤解法條、曲解法條。
13. 學生成績不好,當然有學生自己不用功的問題,但是絕大部分的情況是,老師的知識水準太差,講不清楚、說不明白、沒有辦法因材施教、沒有辦法循循善誘,因此造成了「學生」與「知識」之間彼此的誤解,產生了衝突。
14. 學生厭惡學習,除了家庭因素、個人因素以外,有三分之一的因素是老師不會教、品德不佳、學識程度不足、口齒不清,而令學生討厭。老師無能力擔任學問與學生間的緩衝液。
15. 老師為什麼不會教?最主要的原因當然是校長不是五育均衡並重的典範,他也沒有教學的技巧與能力,所以老師的教學能力一直提升不起來。如果老師很會教導,「學生」與「學問」之間就不會發生誤會,不會產生衝突,就會相親相愛。
16. 為什麼國會裡面無法理性問政?一、行政院官員知識水準太差,立法委員真是秀才遇到兵,有理說不清。二、立法委員知識水準太差,沒有知識跟沒有知識的人在一起,一定會吵架。三、立法委員質詢的時候,劇本編得太差,不好看,連記者都想吐。劇本編得差,一定是理性與知識程度太差的結果,絕對不可能有第二個原因。
17. 為什麼李登輝、陳水扁要走所謂的「中間路線」或「第三勢力」都沒有成功?原因很簡單,知識程度不夠,無法讓無知的人信服,因此無法產生共識。如果李登輝與陳水扁的發言內容,都成為國際一流大學的教科書教材,他們的一言一舉一動,都成為全世界人類模仿的對象,中間路線就會走成功。
18. 孔子、耶穌、柏拉圖、牛頓、愛因斯坦……,這些大師級人物所講的話就是中間路線,他們講的「話」會影響人類數千年,這就是真正的第三勢力。
19. 不要以為大師講的「話」馬上就會有人心悅誠服地接受,實際上大師所說的話會造成非常多人的痛苦、會發狂,但是他們知道大師所講的是對的,只是自己無法誠實地面對自己醜惡的地方,因而發狂
20. 古今中外所有大師所說的「話」,就是人類文明衝突的「緩衝液」,人類只要身體力行,不要只是喊口號、說漂亮話,自然而然就會走在大師的道路上,習慣走二十年以後,才有機會再超越大師的境界。
21. 事實上社會大眾都知道一件事情,馬英九、周美青、吳敦義、關中、王建煊、王金平、朱立倫、陳冲、陳鴻源……等人擁護不正義「黨產」,貪婪成性,炒作地皮國民黨權貴階級的「品德」,都遠遠不如陳樹菊。陳樹菊所走的路,就是中間路線。
22. 陳水扁的法學素養不如王澤鑑,社會正義感不如鄭南榕,管教子女的能力不如李澤藩,行政服務品質不如嚴長壽,科學專業素養不如張忠謀,幽默感不如魏德聖,好學程度不如英國的培根,這一切的「不如」導致陳水扁無法走中間路線,那民進黨有誰可以走中間路線?
23. 阿扁沒有辦法成為台灣社會的緩衝液,當然李登輝、馬英九、王建煊、關中更不可能。台灣所有的政客與名嘴,只要「行政效率」與「知識水準」不如陳水扁的人,就都會是社會亂源。
24. 新聞媒體的主要工作是監督政治權貴階級,媒體要依據權貴權力的大小的「比例原則」來監督批判他們。一個國家發生問題,權力愈大的人當然要負愈多的責任,2100眾名嘴們一直不遵守新聞專業,習慣性以大欺小,沒有依據「比例原則」來監督權貴,所以害死白文正。
25. 台灣發生起雲劑塑化事件,誰該負多少責任?權力愈大的人該負的責任就愈大,應被苛責的程度就愈大。國民黨是執政黨,也是國會多數黨,同時黨主席又兼任總統的馬英九,當然要負最大的責任,但是馬英九沒有不斷的道歉,太不要臉?
26. 其次,行政院長沒有好好地管理好衛生署的行政效率,也該負很大的責任;衛生署幾十年的局處首長等文官,最應該負責,卻沒有負責任,也沒有不斷地道歉2100名嘴們也沒有給予比較高比例的苛責,輕輕放過權貴階級。
27. 起雲劑塑化事件,所有染毒的廠商都必須負責任,其中台塑、統一等大企業,應該負比較多的社會責任,但是2100的名嘴們卻最不敢得罪他們;昱伸、賓漢、開元……等食品業,也要負相當的責任;相信GMP的零售業,則是無辜的受害者。
28. 總之,新聞媒體要依據不肖廠商財力與權力的大小比例原則來批判,才符合公平正義,才不會被人認為是落井下石、圖利權貴階級。
29. 統一與台塑企業非常地龐大、資金非常地雄厚,他們的食品有毒,當然要負非常大的社會責任2100的名嘴們有沒有點名他們的董事長要下跪道歉?賠償所有的受害者?沒有!顯然選擇性批判、標準不一、趨炎附勢,這就是標準的沒有知識水準、沒有新聞專業造成的結果,形成社會亂源。

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