أحدث الموضوعات

المحاليل المنظمة ... Buffer Solutions

تعريف المحلول المنظم ( Buffer Solution )

** المحاليل المنظمة هي المحاليل التي تقاوم التغير في الرقم الهيدروجيني عند إضافة كميات قليلة من الأحماض أو القواعد القوية أو عند تخفيفها، وهي عبارة عن محلول لحمض ضعيف وأحد أملاحه أو قاعدة ضعيفة وأحد أملاحها .



** المحاليل المنظمة لها أهمية كبيرة في الأنظمة الكيميائية والبيولوجية بحيث تتميز السوائل الحيوية برقم هيدروجيني ثابت ، ففي جسم الإنسان تختلف قيمة الـ pH من سائل إلى آخر فمثلا في الدم تبلغ 7.4 بينما في العصارة المعدية تبلغ 1.5 ، هذه القيم تعتبر مناسبة ومثالية لعمل الإنزيمات وموازنة الضغط الأسموزي. هذه القيم يحافظ عليها غالبا عن طريق المحاليل المنظمة ، وأهم المحاليل المنظمة هي الفوسفات والبيكربونات

 
** وضع العالمان Henderson-Hasselbalch المعادلة الأساسية التي توضح العلاقة بين الرقم الهيدروجينى pH ونسبة الحمض والقاعدة المقترنة. وهذه المعادلة لها أهميتها في فهم عمل وتحضير المحاليل المنظمة.


** لنفرض أنه يوجد لدينا محلولا من الحمض الضعيف HA فإن هذا يتفكك لدى إذابته في الماء حسب المعادلة كما يلي: 



** ويمكن استخدام المعادلة في حساب الرقم الهيدروجيني إذا عرفت نسبة الحمض إلى القاعدة المقترنة و pK للحمض.

من المعادلة السابقة نجد أن الرقم الهيدروجيني للمحلول المنظم يعتمد على عاملين هما :
1 – قيمة pK
2 – النسبة بين تركيز الحمض والقاعدة المقترنة

سعة المحلول المنظم أو كفاءته ( Buffer Solution Capacity)

** تعبر عن مدى مقاومة المحلول المنظم للتغير في الرقم الهيدروجيني، وتكون أكبر ما يمكن عندما تكون النسبة بين الحمض والقاعدة المقترنة مساوية للواحد.

** من الأمثلة : حمض الخليك (acetic acid CH3COOH) كحمض ضعيف وقاعدته المقترنة هي خلات الصوديوم (sodium acetate CH3COONa)

قوانين pH للمحاليل المنظمة

1- إذا كان الحمض ضعيف وملحه : 
لل  
                                [salt] 
                                pH =  pKa + log  --------
 [acid]            

حيث : ثابت التأين الحامض   pKa =    
                         log Ka    pKa = -          

2- إذا كان القاعدة ضعيفة وملحها : 

     
             [salt] 
                pOH = PKb + log  -------
        [base]     

حيث : ثابت تفكك القاعدة =  pKb 
         pKb= -log Kb                    

كيف يعمل المحلول المنظم ؟

الحالة الأولى : دراسة أثر إضافة حمض HCl إلى المحلول المنظم :
1- إضافة HCl يعني إضافة H+ وبالتالي زيادة تركيز +H3O في المحلول فيختل الاتزان .
2- وفقاً لمبدأ لوتشاتلييه سينزاح التفاعل (1) نحو اليسار بتفاعل +H3O الزائدة مع -CH3COO .
3- نتيجة انزياح التفاعل (1) نحو اليسار سيزول تقريباً أثر الزيادة في تركيز +H3O الناتجة من إضافة الحمض HCl وبالتالي تبقى قيمة pH للمحلول ثابتة تقريباً .

الحالة الثانية : دراسة أثر إضافة قاعدة NaOH إلى المحلول المنظم :
1- إضافة قاعدة NaOH يعني إضافة OH- والتي تتفاعل مع +H3O في المحلول فيختل الاتزان .
2- وفقاً لمبدأ لوتشاتلييه سينزاح التفاعل (1) نحو اليمين بتفكك المزيد من CH3COOH فيتم تعويض النقص في +H3O فيبقى تركيزها ثابتاً تقريباً ، وبالتالي تبقى قيمة pH للمحلول ثابتة تقريباً .

أهمية المحاليل المنظمة  

يتطلب الكثير من العمليات الكيمائية والحيوية أن لا تتغير قيمة pH لوسط التفاعل كثيراً بل تبقى قريبة من قيمة معينة. ومثال ذلك أن الدم في جسم الإنسان لا يمكن أن يقوم بوظيفة نقل الأكسجين إلى الخلايا إلاّ أن تكون قيمة pH = 7.4 وللمحاليل المنظمة أهمية كبيرة فمثلاً :
أ- أن الأنزيمات تحتاج لوسط تكون فيه قيمة pH ثابتة تقريباً لتعمل بنشاط.
ب- معالجة التربة لنمو المحاصيل المختلفة.

ج - معايرة جهاز قياس الأس الهيدروجينى