pH của dung dịch đệm là một khái niệm hóa học cũng khá quen thuộc trong đời sống, giá trị này có khá nhiều ứng dụng trong đời sống, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và sắc đẹp. Ở bài viết dưới đây tapchicosmetics.com sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về giá trị pH, dung dịch đệm, công thức tính pH của dung dịch đệm. Các bạn hãy cùng theo dõi nhé!

pH là gì

pH là một đại lượng đo chỉ số nồng độ ion H₃O⁺ (H+) trong dung dịch, nó có giá trị từ 0 đến 14. trong đó các dung dịch có tính acid có độ pH từ 0 đến 7, các dung dịch có tính base có giá trị pH từ  7 đến 14, giá trị pH của nước hay các dung dịch trung tính là khoảng 7 (pH trung tính).

Trong cơ thể người, các môi trường dung dịch trong cơ thể cũng có những khoảng pH sinh lý nhất định, mà nếu bị thay đổi sẽ trở thành điều kiện bệnh lý, không có lợi cho sức khỏe.

Một số giá trị pH sinh lý trong cơ thể: pH của dạ dày là 1,6-2,5, pH của máu trong khoảng 7,32 đến 7,44, pH của da khoảng 5,5-6,2, pH âm đạo khoảng 4-6, pH nước tiểu khoảng 6….

Công thức và cách tính pH của dung dịch

Công thức tính pH của dung dịch

pH= – log [H+]

Trong đó [H+] chính là nồng độ ion H+ có trong dung dịch, đơn vị nồng độ ion H+ là mol/lít.

Trong các dung dịchtrung tính:Dung dịch chỉ có nước hoặc chứa các chất không điện ly hay hỗn hợp chứa các muối của acid mạnh và base mạnh (ví dụ NaCl, NaNO3, K2SO4..), hoặc dung dịch có nồng độ chất tan rất loãng, khi đó nồng độ H+trong dung dịch chính bằng nồng độ của H+ điện ly trong nước. Trong trường hợp này pH của dung dịch chính là pH của nước.

Phương trình điện ly của nước: H2O⇌H++OH−

Hằng số cân bằng phản ứng điện ly của nước

                                   K=[H+][OH]/ [H2O]

Các nghiên cứu thực nghiệm cho kết quả như sau, ở nhiệt độ thường (25°C) cứ 555555 triệu phân tử nước thì có một phân tử phân li ra ion, do đó giá trị K.[H2O] là không đổi và có giá trị là 1,008.1014ở250C                

Kw=K.[H2O]= [H+].[OH−]= 1,008.1014 mà [H+]=[OH−]=1,0.107=> pH= – log [H+] = 7

Trong các dung dịch acid mạnh (acid HCl, H2SO4, HNO3…), acid điện ly hoàn toàn trong dung dịch.

Phương trình điện ly: HA     H++A−

Khi đó nồng độ H+ chính bằng nồng độ acid HA

Khi đó pH= – log [H+] = -log [HA]

Trong các dung dịch acid yếu (ví dụ CH3COOH, HCOOH, H2CO3…) hoặc muối của acid mạnh và base yếu (ví dụ NH4Cl, CH3NH3Cl…), sự điện ly chỉ xảy ra một phần, khi đó pH dung dịch được tính như sau:

Phương trình điện ly: HA⇌H++A−

Hằng số cân bằng phản ứng điện ly Ka:

Ka=[H+][A]/ [HA] =>[H+]=Ka.[HA]/[A−]=> pH= – log [H+]

Trong các dung dịch basemạnh (ví dụ NaOH, KOH, Ca(OH)2…) sự điện ly xảy ra hoàn toàn và pH của dung dịch được tính theo công thức sau.

Phương trình điện ly: BOH  ⇌ B++OH−

Khi đó  [OH-]= [BOH] mà [H+].[OH]=Kw nên pH=14- pOH

Trong các dung dịch baseyếu ( NH3, C6H5NH2…) hoặc dung dịch muối của acid yếu và base mạnh (ví dụ CH3COONa, Na2CO3…), sự điện ly chỉ xảy ra một phần, và pH dung dịch được tính theo cách sau:

⇌ BOH⇌B++OH−

K=[B+][OH]/ [BOH] ->[OH-]=KB.[BOH]/[B+]mà  [OH] = Kw/[H+] nên  pH= 14- pOH

Dung dịch đệm là gì?

Dung dịch là một hỗn hợp đồng nhất chỉ có một pha (pha dầu hoăc pha nước), trong đó chất tan được hòa tan hoàn toàn trong dung môi. 

Dung dịch đệm là một dạng của dung dịch nước trong đó chất tan là hỗn hợp các acid yếu và base liên hợp của nó hoặc base yếu với acid liên hợp của nó. Dung dịch này có khả năng duy trì khoảng pH của nó ở một khoảng xác định khi cho vào dung dịch một lượng nhỏ acid hoặc base.

Nhờ khả năng giúp duy trì sự ổn định pH của dung dịch trước sự có mặt của các tác nhân có tính acid hay base mà dung dịch đệm có khá nhiều ứng dụng trong đời sống như trong lĩnh vực y học, dược phẩm, sinh học, công nghệ lên men, công nghệ mỹ phẩm, công nghệ hóa phân tích…

Có khá nhiều hệ đệm, tùy theo mỗi hệ đệm mà khoảng pH duy trì và khả năng đệm là khác nhau.

Một số dung dịch đệm hay gặp:

Hỗn hợp đệm Khoảng pH
Acid citric, Natri citrat 2,5 – 5,6
Acid acetic, Natri acetat 3,7 – 5,6
Na2HPO4, NaH2PO4 6 – 9
Borat, Natri hidroxyd 9,2 – 11

Các hệ đệm sinh học

Tên thường pKa
tại 25 °C
Khoảng đệm Tác động nhiệt
d(pH)/dT trong (1/K)
Khối lượng mol Tên đầy đủ
TAPS 8,43 7,7-9,1 −0,018 243,3 axit 3-{[tri(hidroxymetyl)methyl]amino}propansulfonic
Bicine 8,35 7,6-9,0 −0,018 163,2 N,N-bis(2-hidroxyetyl)glycin
Tris 8,06 7,5-9,0 −0,028 121,14 tri(hidroxymetyl)metylamin
Tricine 8,05 7,4-8,8 −0,021 179,2 N-tri(hidroxymetyl)metylglycin
HEPES 7,48 6,8-8,2 −0,014 238,3 axit 4-2-hidroxyetyl-1-piperazineetansulfonic
TES 7,40 6,8-8,2 −0,020 229,20 axit 2-{[tri(hidroxymetyl)metyl]amino}etansulfonic
MOPS 7,20 6,5-7,9 −0,015 209,3 axit 3-(N-morpholino)propansulfonic
PIPES 6,76 6,1-7,5 −0,008 302,4 piperazine-N,N′-bi(axit 2-etansulfonic)
Cacodylate 6,27 5,0-7,4 138,0 axit dimetylarsinic
MES 6,15 5,5-6,7 −0,011 195,2 axit 2-(N-morpholino)etansulfonic

Công thức và cách tính pH của dung dịch đệm

pH dung dịch đệm acid (acid và base liên hợp của nó) ví dụ: đệm acetat, đệm carbonat…

Trong dung dịch đệm luôn luôn tồn tại một cân bằng giữa acid HA và base liên hợp A như sau:

HA + H2O ⇌ H3O+ + A

Khi đó phương trình cân bằng: Ka = [H3O+].[A]/[HA] -> [H3O+] = Ka.[HA]/[A]

pH= -log [H3O+] = -logKa – log ([HA]/[A]) = pKa – log ([HA]/[A])

Trong đó pKa là hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

pH dung dịch đệm base (base và acid liên hợp của nó)ví dụ: NH3 và NH4+

Trong dung dịch đệm luôn luôn tồn tại một cân bằng giữabase B và acid liên hợp BH+ như sau: 

B + H2O ⇌ BH+ + OH.

Khi đó phương trình cân bằng: Kb = [BH+].[OH]/[B] -> [OH] = Kb.[B]/[BH+]

pOH= -log [OH] = -logKb – log ([B]/[BH+) = pKb – log ([B]/[BH+])

pH = 14- pOH

Trong đó pKb cũng là hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

Trong trường hợp nồng độ acid và base liên hợp (hoặc base và acid liên hợp) có nồng độ mol bằng nhau, thì giá trị pH chính bằng hằng số phân ly pKa.

Ứng dụng của dung dịch đệm trong mỹ phẩm

Da, mắt hay các niêm mạc âm đạo, niêm mạc miệng luôn có một pH nhất định gọi là khoảng pH sinh lý. Nếu môi trường pH ở các vị trí này thay đổi cũng sẽ kéo theo các vấn đề về sức khỏe và sắc đẹp. Do đó khi tạo ra các sản phẩm dùng cho các vị trí này, thì các nhà bào chế đều quan tâm đến độ pH của sản phẩm, và cố gắng để sản phẩm mình tạo ra có khoảng pH gần với khoảng pH sinh lý của cơ thể nhất để hạn chế kích ứng, tăng cường khả năng thấm dược chất qua da để phát huy tác dụng của sản phẩm.

Bản thân da và các lớp niêm mạc này cũng là một hệ đệm sinh học có chứa nhiều acid béo, có khả năng bảo vệ da khỏi những thay đổi đột ngột của các yếu tố liên quan đến pH của da. Tuy nhiên khả năng đệm của da không cao, do đó chúng ta vẫn nên lựa chọn các sản phẩm có pH gần với pH sinh lý để bảo vệ da.

Da của chúng ta có khoảng pH sinh lý là 5,5. Khi chúng ta dùng các loại sữa rửa mặt (thường có tính kiềm), lớp bảo vệ trên da rất dễ bị phá hủy, da dễ bị khô, bị kích ứng và cũng dễ lên mụn. Do đó khi lựa chọn các sản phẩm sửa rửa mặt thì nên chọn loại ít có tính kiềm (chứa ít xút) hoặc sử dụng nước hoa hồng để cân bằng pH trên da.

Ngày nay khi mà công nghệ làm đẹp ngày càng phát triển, các nhà sản xuất mỹ phẩm đã biết sử dụng các hệ đệm để cố gắng duy trì các sản phẩm của mình ở pH sinh lý.Ví dụ như sử dụng các hệ đệm trung tính, các hệ đệm acid yếu trong thành phần sữa rửa mặt, kem bôi da, sản phẩm trị mụn, nước hoa hồng… để làm giảm độ kiềm, thân thiện hơn với da. Các dung dịch vệ sinh vùng kín được sử dụng các hệ đệm acid để phù hợp với môi trường âm đạo….

Phương pháp đo pH chính xác

Có rất nhiều cách đo pH bằng cách sửa dụng các chất chỉ thị hóa học hoặc bằng thiết bị đo pH chuyên dụng. Tuy nhiên trong đời sống hàng ngày thì cách đo pH dễ thực hiện và có giá thành rẻ nhất chính là dùng giấy quỳ tím. Bạn có thể sử dụng ngay tại nhà để xác định pH các sản phẩm mình đang sử dụng.

Giấy quỳ tím có khả năng đổi màu tùy theo khoảng pH. Ví dụ như khi nhúng miếng quỳ tím vào dung dịch có pH từ 1 đến 4 thì quỳ tím có màu đỏ; dung dịch có pH từ 5 đến 7 thì quỳ tím có màu vàng đến xanh nhạt, pH từ 8 đến 14 thì pH có màu xanh đậm đến xanh tím. Khi dung dịch có tính acid càng mạnh giấy quỳ có màu đỏ càng đậm, tính base càng mạnh thì quỳ tím chuyển màu xanh càng đậm. Thông thường giấy quỳ tím được bán sẽ có kèm theo một bảng so màu, ghi thứ tự từ pH 1 đến pH 14. Do đó bạn có thể xác định pH bằng cách so với màu chuẩn.

Lưu ý khi sử dụng quỳ tím để xác định pH chỉ mang tính chất chính xác tương đối trong một khoảng. Để có giá trị pH chính xác cao hơn bạn nên sử dụng các phương pháp đo pH khác như: sử dụng điện cực hydro, điện cực quihydron, điện cực antimony hặc sử dụng máy đo độ pH.

Bài viết trên đây tapchicosmetics.com hy vọng đã chia sẻ cho bạn đọc thêm một số kiến thức về pH, dung dịch đệm, công thức và cách tính pH của dung dịch đệm, ứng dụng của dung dịch đệm. Các bạn hãy thường xuyên theo dõi các bài viết trên tapchicosmetics.com để có thêm nhiều kiến thức bổ ích nhé. Thân ái!

Để lại một trả lời