محلول بافر

این متن شامل 18 صفحه می باشد 

یک محلول تامپون محلولی است که pH آن در برابر افزایش مقادیر کمی اسید یا باز قوی تغییر چندانی نکند، مثلاً محلول استیک­اسید و سدیم استات دارای چنین ویژگی است. اگر 01/0 مول HCL را به یک لیتر آب خالص اضافه کنیم pH آب از 7 به 2 کاهش می­یابد، اما اگر همان 01/0 مول HCL را به یک لیتر از محلولی که نسبت به استیک­­اسید و سدیم استات، 10/0 مولار است بیفزاییم، فقط تغییر بسیار کمی در pH حاصل می­شود. در واقع pH محلول از 74/4 به 66/4 تغییر می­کند. این تغییر در مقایسه با تغییر pH آب بسیار ناچیز و نشانه­ی آن است که محلول استیک­اسید و سدیم استات یک محلول تامپون است. به یاد داشته باشید که به محلول­های تامپون، محلول­های بافر نیز گفته می­شود.

محلول­های تامپون یا بافر از دید کاربردی اهمیت زیادی دارنـد. سلول­های بسیاری از موجودات زنده فقط در گستره­ی محدوده­ای از pH قادر به ادامه حیات هستند و اگر pH غیر از آن باشد، زندگی موجود زنده با خطرات جدی همراه می­شود.

pH خون انسان باید در گستره­ی 35/7 الی 45/7 نگهداشته شود؛ در غیر این صورت، ادامه­ی حیات با مشکلات جدی روبه­رو خواهد شد. خون از این لحاظ دارای نقش تامپونی است. چکونگی برقراری خاصیت تامپونی در خون پیچیده است. سیستم در خاصیت تامپونی خون نقش اساسی دارد.

بسیاری از موجودات آبزی از جمله ماهی­های طلایی تنها در pHویژه­ای قادر به ادامه­ی حیات هستند. رعایت نکردن این امر باعث مرگ و میر آن­ها خواهد شد. علاوه بر آن، گاه لازم است که تولید برخی از محصولات شیمیایی در pHهای معینی صورت گیرد. این مثال­ها و مثال­های بسیار دیگر از اهمیت محلول تامپون خبر می­دهند. با استفاده از محلول­های تامپون است که می­توان تغییر pHرا کنترل کرد.

برای تهیه­ی یک محلول تامپون کافی است یک اسید ضعیف و نمک آن را در آب حل کرد. استیک­اسید یک اسید ضعیف و سدیم استات نمک حاصل از خنثی شدن آن با سود است. از این رو، محلول این دو ماده یک محلول تامپون است. در این محلول، استیک­اسید، ، به شکل مولکولی، سدیم استات، ، به صورت یون­های و و مقدار کمی یون­های که از یونش جزیی استیک­اسید به دست می­آیند، موجود است. چون یون­های از باز قوی مشتق شده­اند، پایدارترندو با آب واکنش نمی­دهند. از سوی دیگر و و در تعادل زیر شرکت می­کنند.

در واقع وجود این تعادل است که به محلول استیک­اسید و سدیم استات خاصیت تامپونی می­دهد. چون اگر مقدار کمی از یک اسید قوی مثلاً به محیط این تعادل افـزوده شود، یون­های حاصل از آن، توسط یون­های موجود در تعادل جذب شده و به مولکول­های تبدیل می­شوند تا از این راه با تغییر pHمقابله شود.

از سوی دیگر اگر مقدار کمی از یک باز قوی مثلاً به محیط تعادل افزوده شود، یون­های حاصل از آن توسط مولکول­های اسید خنثی می­شوند تا با تغییر pH مقابله شود.

دلیل انجام دو واکنش بالا این است که از یک سو یون یک باز برونشتد است و تمایل به گرفتن پروتون دارد و از سوی دیگر مولکول یک اسید برنشتد است و تمایل دارد که به یک باز قوی مانند پروتون بدهد.

تخمین pHیک محلول تامپون

با توجه به تعادل موجود در یک محلول تامپون و اطلاعات مربوط به آن، به آسانی می­توان به حدود pHآن پی برد. مثلاً تعادل زیر را در نظر بگیرید:

در دمای 25 درجه سانتی­گراد

و به ترتیب معرف یون استات و مولکول استیک­اسید است. با لگاریتم گرفتن از عبارت ثابت خواهیم داشت.

یا

یا

اگر در شرایط ویژه داشته باشیم ، آنگاه

در این شرایط، برای تامپون استیک­اسید ـ سدیم استات در دمای 25 درجه سانتی­گراد خواهیم داشت.

چون میزان یونش اسیدهای ضعیف به کار رفته در محلول­های تامپون بسیار اندک است، غلظت اسید موجود در تعادل تقریباً با غلظت اولیه­ی آن و همچنین، غلظت آنیون موجود در تعادل با غلظت اولیه نمک برابر است. از این رو معادله­ی (2) را می­توان به شکل معادله­ی (3) نوشت.

این معادله برای تعیین pH هر محلول تامپون حاصل از یک اسید ضعیف و نمک مناسبی از آن به کار خواهد رفت. زیروند صفر معرف غلظت اولیه است. در حالت کلی، معادله­ی (3) را می­توان به صورت زیر نوشت.

در تامپون استیک­اسید ـ سدیم استات، یون باز مزدوج اسید است.

اکنون می­توان ویژگی­های یک محلول تامپون را خلاصه کرد:

1. محلول تامپون دارای یک اسید ضعیف، HA و بار مزدوج آن ، است (یک محلول تامپون می­تواند دارای یک باز ضعیف و اسید مزدوج آن نیز باشد).

2. محلول تامپون از راه واکنش دادن یون­ها یا اضافه شده و جلوگیری از ذخیره شدن آن­ها در محلول، با تغییر pH مقابله می­کند.

3. یون­های اضافه شده، از راه واکنش با مصرف می­شوند.

و یون­های اضافه شده، از راه واکنش با HA از بین می­روند.

بافرها

محلول بافر

محلول بافر محلولی است که به علت خصلت دوگانه عملکردش، اگر به آن کمی اسید ویا بازاضافه کنیم در pH آن تغییری به وجود نمی آید. محلول بافري دو نوعند

الف) گروه اول مرکب است از " اسید ضعیف + نمک آن اسید با باز قوی " مثل بافر

CH3COOH+CH3COONa

این بافر برای نگهداری PH در محدوده ی اسیدی مناسبند.

ب) گروه دوم مرکب از " باز ضعیف + نمک آن باز با اسید قوی " مثل بافر

NH3+NH4Cl

این بافر برای نگهداری PH در محدوده ی قلیایی مناسب هستند.

دانستنی

PH معمولی خون انسان حدود 7.4 است که ثابت آن عمدتا توسط بافر یون هیدروژن کربنات ¯HCo3 تامین می شود. اگر 0.01 مول از یک اسید ویا باز قوی ، به یک لیتر خون اضافه شود، در PH آن تغییری ناچیز درحد 0.1 بوجود می آید.

H2CO3+NaHCo3

اما اگر 0.01 مول HCl را به یک لیترآب اضافه کنیم PH آب از 7 به 2 می رسد. وچنانچه 0.01 مولNaOHرا به یک لیترآب اضافه نماییم PH آب از 7 به 12 افزایش می یابد.

گاهی لازم است محلولی را که دارای PH معین است، تهیه و ذخیره کنیم. نگهداری چنین محلولی حتی مشکل‌تر از تهیه آن است. چنانچه این محلول در معرض هوا قرار گیرد، دی‌اکسید کربن (یک ایندرید اسید) جذب می‌کند و اسیدی‌تر می‌شود. چنانچه محلول در ظرف شیشه‌ای ذخیره شود، ناخالصیهای قلیایی که در اثر خیسیدن شیشه شسته می‌شود، ممکن است PH را