و المحاليل أو مخازن هي تلك التي يمكن أن تقلل التغيرات في درجة الحموضة بسبب أيونات H 3 O + وOH -. في حالة عدم وجود هذه الأجهزة ، تتضرر بعض الأنظمة (مثل الأنظمة الفسيولوجية) ، لأن مكوناتها حساسة للغاية للتغيرات المفاجئة في درجة الحموضة.
مثلما تقلل ممتصات الصدمات في السيارات من التأثير الناجم عن حركتها ، فإن المخازن المؤقتة تفعل الشيء نفسه ولكن مع حموضة المحلول أو قاعدته. علاوة على ذلك ، تنشئ المحاليل المعيارية نطاقًا محددًا للأس الهيدروجيني تكون فيه فعالة.
خلاف ذلك ، فإن أيونات H 3 O + ستحمض المحلول (تنخفض درجة الحموضة إلى قيم أقل من 6) ، مما يؤدي إلى تغيير محتمل في أداء التفاعل. يمكن تطبيق نفس المثال على قيم الأس الهيدروجيني الأساسية ، أي أكبر من 7.
مميزات
تكوين
وهي تتكون أساسًا من حمض (HA) أو قاعدة ضعيفة (B) وأملاح قاعدتها المترافقة أو حمض. وبالتالي ، هناك نوعان: المحاليل المعيارية الحمضية والمخازن القلوية.
مخازن حمض تتوافق مع HA / A - الزوج ، حيث A - هو القاعدة المترافقة من الحمض الضعيف HA ويتفاعل مع أيونات - مثل نا + - للأملاح الصوديوم شكل. بهذه الطريقة ، يظل الزوج مثل HA / NaA ، على الرغم من أنه يمكن أن يكون أيضًا أملاح البوتاسيوم أو الكالسيوم.
مشتق من حمض HA الضعيف ، فإنه يخفف نطاقات الأس الهيدروجيني الحمضية (أقل من 7) وفقًا للمعادلة التالية:
HA + OH - => A - + H 2 O
ومع ذلك ، نظرًا لكونه حمضًا ضعيفًا ، فإن قاعدته المترافقة يتم تحللها جزئيًا لتجديد جزء من HA المستهلك:
أ - + H 2 O <=> HA + OH -
من ناحية أخرى ، تتكون المخازن القلوية من زوج B / HB + ، حيث HB + هو الحمض المترافق للقاعدة الضعيفة. بشكل عام ، يشكل HB + الأملاح مع أيونات الكلوريد ، تاركًا الزوج على شكل B / HBCl. هذه المخازن المؤقتة تحافظ على نطاقات الأس الهيدروجيني الأساسية (أكبر من 7):
ب + H 3 O + => HB + + H 2 O
ومرة أخرى ، يمكن تحلل HB + جزئيًا لتجديد بعض من B المستهلكة:
HB + + H 2 O <=> B + H 3 O +
أنها تحيد كل من الأحماض والقواعد
في حين مخازن الحمضية العازلة درجة الحموضة الحمضية والقلوية درجة الحموضة عازلة الأساسية، على حد سواء يمكن أن تتفاعل مع H 3 O + وOH - الأيونات من خلال هذه السلسلة من المعادلات الكيميائية:
أ - + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH - => B + H 2 O
وهكذا، في حالة HA / A - الزوج ، يتفاعل HA مع OH - أيونات ، في حين A - - القاعدة المترافقة لها - يتفاعل مع H 3 O +. بالنسبة للزوج B / HB + ، يتفاعل B مع أيونات H 3 O + ، بينما HB + - حمضه المترافق - مع OH -.
هذا يسمح لكل من المحاليل المعيارية لتحييد كل من الأنواع الحمضية والأساسية. نتيجة ما سبق مقارنة ، على سبيل المثال ، الإضافة المستمرة لشامات OH - ، هي انخفاض تباين الأس الهيدروجيني (ΔpH):
توضح الصورة أعلاه عازلة الأس الهيدروجيني مقابل قاعدة قوية (OH - مانح).
في البداية يكون الرقم الهيدروجيني حمضيًا بسبب وجود HA. عند إضافة القاعدة القوية ، تتشكل الشامات الأولى من A - ويبدأ المخزن المؤقت في العمل.
ومع ذلك ، هناك منطقة من المنحنى يكون فيها المنحدر أقل حدة ؛ أي حيث يكون التخميد أكثر كفاءة (صندوق مزرق).
كفاءة
هناك عدة طرق لفهم مفهوم كفاءة التخميد. أحدهما هو تحديد المشتق الثاني لمنحنى الرقم الهيدروجيني مقابل حجم القاعدة ، وإيجاد قيمة V لأدنى قيمة ، وهي Veq / 2.
Veq هو الحجم عند نقطة التكافؤ ؛ هذا هو حجم القاعدة اللازمة لتحييد كل الحمض.
هناك طريقة أخرى لفهمها وهي من خلال معادلة هندرسون-هاسلبالش الشهيرة:
الرقم الهيدروجيني = pK a + سجل (/)
هنا يشير B إلى القاعدة ، A الحمض ، و pK a هو أصغر لوغاريتم لثابت الحمض. تنطبق هذه المعادلة على كل من الأنواع الحمضية HA والحمض المترافق HB +.
إذا كانت كبيرة جدًا بالنسبة لـ ، يأخذ السجل () قيمة سالبة جدًا ، يتم طرحها من pK a. من ناحية أخرى ، إذا كانت صغيرة جدًا فيما يتعلق ، فإن قيمة السجل () تأخذ قيمة موجبة للغاية ، والتي تضاف إلى pK a. ومع ذلك ، عند = ، يكون السجل () 0 ويكون الرقم الهيدروجيني = pK a.
ماذا يعني كل ما سبق؟ أن يكون ΔpH أكبر في الحدود القصوى المعتبرة للمعادلة ، بينما سيكون الحد الأدنى مع pH يساوي pK a ؛ وبما أن pK a سمة مميزة لكل حمض ، فإن هذه القيمة تحدد النطاق pK a ± 1.
قيم الأس الهيدروجيني ضمن هذا النطاق هي تلك التي يكون فيها المخزن المؤقت أكثر كفاءة.
تجهيز
لتحضير محلول عازلة ، يجب مراعاة الخطوات التالية:
- تعرف على الرقم الهيدروجيني المطلوب ، وبالتالي ، الرقم الذي تريد الحفاظ عليه ثابتًا قدر الإمكان أثناء التفاعل أو العملية.
- معرفة الرقم الهيدروجيني ، يبحث المرء عن جميع الأحماض الضعيفة ، تلك التي يكون pK a أقرب إلى هذه القيمة.
- بمجرد اختيار أنواع HA وحساب تركيز المخزن المؤقت (اعتمادًا على مقدار القاعدة أو الحمض الذي يجب تحييده) ، يتم وزن الكمية اللازمة من ملح الصوديوم.
أمثلة
يحتوي حمض الخليك على pK a 4.75 ، CH 3 COOH ؛ لذلك ، يشكل خليط من الكميات المحددة من هذا الحمض وخلات الصوديوم ، CH 3 COONa ، محلولًا مؤقتًا يعمل بكفاءة في نطاق الأس الهيدروجيني (3.75-5.75).
ومن الأمثلة الأخرى للأحماض الأحادية البينزويك (C 6 H 5 COOH) وأحماض الفورميك (HCOOH). لكل من هذه القيم من pK a هي 4.18 و 3.68 ؛ لذلك ، يتراوح الأس الهيدروجيني مع أعلى تخزين مؤقت (3.18-5.18) و (2.68-4.68).
وعلاوة على ذلك، والأحماض polyprotic مثل حمض الفوسفوريك (H 3 PO 4) والكربون (H 2 CO 3) لديها العديد من القيم PK إلى حيث يمكن أن تنطلق البروتون. وبالتالي ، يحتوي H 3 PO 4 على ثلاثة pK a (2.12 و 7.21 و 12.67) ويحتوي H 2 CO 3 على اثنين (6.352 و 10.329).
إذا كنت ترغب في الحفاظ على الرقم الهيدروجيني 3 في محلول ، يمكنك الاختيار بين المخازن المؤقتة HCOONa / HCOOH (pK a = 3.68) و NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2.12).
المخزن المؤقت الأول ، وهو حمض الفورميك ، أقرب إلى الرقم الهيدروجيني 3 من المخزن المؤقت لحمض الفوسفوريك ؛ لذلك ، مخازن HCOONa / HCOOH أفضل عند درجة الحموضة 3 من NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4.
المراجع
- Day ، R. ، & Underwood ، A. كيمياء تحليلية كمية (الطبعة الخامسة). بيرسون برنتيس هول ، ص ١٨٨-١٩٤.
- أفصار أراس. (20 أبريل 2013). الصدمات الصغيرة. تم الاسترجاع في 9 مايو 2018 من: commons.wikimedia.org
- ويكيبيديا. (2018). محلول منظم. تم الاسترجاع في 9 مايو 2018 من: en.wikipedia.org
- مساعد. البروفيسور لوبومير مقدونسكي ، دكتوراه.. حلول عازلة. جامعة فارنا الطبية.
- مجموعة كيم. دروس العازلة. تم الاسترجاع في 9 مايو 2018 ، من: chemcollective.org
- يسألون. (2018). محلول منظم. تم الاسترجاع في 9 مايو 2018 من: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). أمثلة على حلول التخزين المؤقت أو المخزن المؤقت أو المؤقت تم الاسترجاع في 9 مايو 2018 ، من: quimicas.net