المحلول المنظِّم هو محلول كيميائي يُقاوِم أيّ تغيير في تركيز أيون الهيدرونيوم وأيون الهيدروكسيد، عند إضافة كميات قليلة من حمض قوي أو قاعدة إليها، أو عند تخفيف المحلول. وبذلك «يُنظّم» أيْ يُحافظ على درجة الحموضة (الرقم الهيدروجيني) عند (أو قريبًا من) قيمة ثابتة. يتكون المحلول المنظم من خليط لحمض ضعيف وأحد قواعده أو خليط لقاعدة ضعيفة وأحد أملاحها.
يتكون محلول منظم من مخلوط تتغير فيه قيمة pH قليلا عند إضافة حمض أو قاعدة إليه ، أي يكون تغييره في المحلول المنظم أقل من تغييره في حالة عدم كونه محلولا منظما.
وينشأ عمل المحلول المنظم من تفاعل أيونات أكسونيوم (H3O+) المضافة مع حمض إلى حمض ضعيف ، أو تفاعل ايون هيدروكسيد (OH−) المضافة بواسطة إضافة قاعدة إلى قاعدة ضعيفة والتي لا تميل إلى إنتاج أيونات أوكسونيوم أو أيونات هيدروكسيد بنفسها على التوالي.
الأساس الكيميائي للمحلول المنظم
يتكون محلول منظم من مخلوط تتغير فيه قيمة pH قليلا عند إضافة حمض أو قاعدة إليه ، أي يكون تغييره في المحلول المنظم أقل من تغييره في حالة عدم كونه محلولا منظما.
وينشأ عمل المحلول المنظم من تفاعل أيونات أكسونيوم (H3O+) المضافة مع حمض إلى حمض ضعيف ، أو تفاعل ايون هيدروكسيد (OH−) المضافة بواسطة إضافة قاعدة إلى قاعدة ضعيفة والتي لا تميل إلى إنتاج أيونات أوكسونيوم أو أيونات هيدروكسيد بنفسها على التوالي.
الأساس الكيميائي للمحلول المنظم
dحتوي المحاليل المنظمة على مخلوط من حمض ضعيف وقاعدته القرينة (المنتسبة إليه ، مثل أحد أملاحه) أو تتكون المحاليل المنظمة من مخلوط لقاعدة ضعيفة وحمضها المرافق . وكذلك توجد ما يسمى "أمفوليت " ampholyte وهي جزيئات ذات وظيفة ثنائية يمكن أن تكوّن محلولا منظما.
وما يحدد قيمة pH لمحلول منظم هو توازن الانتقال البروتوني لزوج المحلول المنظم.
في حالة توازن حمض HA يكون:
وبإعادة تشكيل المعادلة نحصل على :
وكلما زادت التركيزات كلما انخفض تأثير إضافة حمض أو قاعدة. وكمية قاعدة قوية (أو حمض) يمكن لمحلول منظم أخذها من دون أن تغير الباهاء له تغيرا كبيرا فيعبر عنها بما يسمى سعة محلول منظم.
ومن أمثلة المحاليل المنظمة : محلول حمض الخليك/أسيتات أو محلول الأمونيا المنظم ، وهو يتكون من أيونات الأمونيا والأمونياك
في حالة توازن حمض HA يكون:
وبإعادة تشكيل المعادلة نحصل على :
- وهي تسمى (معادلة المحلول المنظم) أو معادلة هندرسون-هاسلبالخ.
وكلما زادت التركيزات كلما انخفض تأثير إضافة حمض أو قاعدة. وكمية قاعدة قوية (أو حمض) يمكن لمحلول منظم أخذها من دون أن تغير الباهاء له تغيرا كبيرا فيعبر عنها بما يسمى سعة محلول منظم.
ومن أمثلة المحاليل المنظمة : محلول حمض الخليك/أسيتات أو محلول الأمونيا المنظم ، وهو يتكون من أيونات الأمونيا والأمونياك
قدرة التنظيم
قدرة التنظيم هي قياس كمي لمقاومة المحلول المنظم لتغير باهاء المحلول بإضافة أيونات الهيدروكسيل. ويمكن تعريفها كما يلي:
العبارة [ Kw/[H+ تصبح معتبرة عند باهاء أكبر من 11,5 والعبارة الثانية تصبح معتبرة عندما يكون الباهاء أقل من 2. كلتا هاتين العبارتين هي من خصائص الماء ومستقلة عن الحمض الضعيف. بالنسبة للعبارة الثالثة نستنتج أن:
- قدرة التنظيم =
![\mathrm{\frac{dn}{d(pH)}=2.303 \left(\frac{\mathit{K}_w}{[H^+]}+[H^+]+\frac{C_A \mathit{K}_a[H^+]}{\left(\mathit{K}_a+[H^+]\right)^2} \right)},](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_vBlf_tq7gQBDR15ejds-vr-FPnmFM1fIz2jRsZ3rgQpAwxpu2Jxl897zZLS8lhQ6vM_kcat_DtO2wToqEBhI9C0fyScyD1S-IU9Cs614OX882fs1tm5GF5HXmXxGGOb-mF26xFhaPj7vtqnoMOSA=s0-d)
العبارة [ Kw/[H+ تصبح معتبرة عند باهاء أكبر من 11,5 والعبارة الثانية تصبح معتبرة عندما يكون الباهاء أقل من 2. كلتا هاتين العبارتين هي من خصائص الماء ومستقلة عن الحمض الضعيف. بالنسبة للعبارة الثالثة نستنتج أن:
- تصل قدرة التنظيم للحمض الضعيف قيمتها العظمى عندما pH = pKa
- عند pH == pKa ± 1 تهبط قدرة التنظيم إلى 33% من القيمة العظمى. وهذا هو المجال التقريبي الذي يعمل ضمنه التنظيم بالحمض الضعيف بفعالية. ملاحظة: عند pH == pKa - 1 تبين معادلة هندرسون-هاسلبالخ أن النسبة [HA]:[A-] هي 10:1.
- تتناسب قدرة التنظيم مباشرة مع التركيز التحليلي للحمض.
انواع المحاليل المنظمة
تصنف المحاليل المنظمة إلى قسمين : محلول منظم مغلق ، ومحلول منظم مفتوح. (مثل محلول منظم من حمض الخليك/ أسيتات) تمتص البروتونات (H+) أو أيونات هيدروكسيد (OH−) الناشئة من تفاعل كيميائي في المحلول المنظم. وتتفاعل لتكوين حمض مقترن أو قاعدة المنظم وتبقى في المحلول. أما في حالة المحلول المنظم المفتوح (مثل محلول منظم من بيكربونات/ثاني أكسيد الكربون في الرئة) فيكون النظام في خالة تبادل مع الهواء. فيكون قادرا على أعظاء مركبات إلى الهواء بحيث ينضبط pH ، مثل خروج ثاني أكسيد الكربون CO2 أثناء التنفس مع الزفير
تطبيقات المحاليل المنظمة
وللمحاليل المنظِّمة عدد كبير من التطبيقات الكيميائية. فمثلًا تزدهر العديد من الكائنات الحية فقط إذًا كانت ضمن مجال محدد صغير من درجة الحموضة، ولذا فالدم مثلًا محلول منظم.
وجود المحاليل المنظمة ضروري لضمان الانتظام الفيزيائي لعمل أجهزة الأجسام الحية وسير العمليات الحيوية فيها. فمثلا في جسم الإنسان تحتوي العصارة المعدية على محاليل منظمة ذات حمضية قوية فيها تساوي 1.4 وهي تقارن بحمضية محلول من حمض الهيدروكلوريك، هذه الحمضية العالية مهمة جدًا في عملية حلمهة البروتونات لأن جزيئاتها كبيرة ولا يمكن لجدران الأمعاء امتصاصها، أما جزيئات الأحماض الأمينية الناتجة فتستطيع أن تنفذ عبر جدران الأمعاء ويمكن امتصاصها بواسطة التيارات الدموية. كما أنها ضرورية في تحضير أطعمة أمينية وأنواع الشراب وفي تحضير التربة الملائمة لنمو المحاصيل إضافة إلى أهميتها في الأغراض الكيميائية والصناعية المختلفة وفي البحث الطبي.
ومن الأمثلة على المحاليل المنظمة، مزيج من محلول حمض الخل وخلات الصوديوم، فعند إضافة كمية من حمض قوي لهذا المحلول تتحد أيونات الأوكسونيوم مع أيونات الخلات لتكون حمض الخليك، أما عند إضافة كمية من محلول قاعدي فتتحد أيونات الهيدروكسيد مع حمض الخليك لتكون أيونات الخلات)أسيتات).
وجود المحاليل المنظمة ضروري لضمان الانتظام الفيزيائي لعمل أجهزة الأجسام الحية وسير العمليات الحيوية فيها. فمثلا في جسم الإنسان تحتوي العصارة المعدية على محاليل منظمة ذات حمضية قوية فيها تساوي 1.4 وهي تقارن بحمضية محلول من حمض الهيدروكلوريك، هذه الحمضية العالية مهمة جدًا في عملية حلمهة البروتونات لأن جزيئاتها كبيرة ولا يمكن لجدران الأمعاء امتصاصها، أما جزيئات الأحماض الأمينية الناتجة فتستطيع أن تنفذ عبر جدران الأمعاء ويمكن امتصاصها بواسطة التيارات الدموية. كما أنها ضرورية في تحضير أطعمة أمينية وأنواع الشراب وفي تحضير التربة الملائمة لنمو المحاصيل إضافة إلى أهميتها في الأغراض الكيميائية والصناعية المختلفة وفي البحث الطبي.
ومن الأمثلة على المحاليل المنظمة، مزيج من محلول حمض الخل وخلات الصوديوم، فعند إضافة كمية من حمض قوي لهذا المحلول تتحد أيونات الأوكسونيوم مع أيونات الخلات لتكون حمض الخليك، أما عند إضافة كمية من محلول قاعدي فتتحد أيونات الهيدروكسيد مع حمض الخليك لتكون أيونات الخلات)أسيتات).
- الحفاظ على قيمة الأس الهيدروجيني للدم لكي تبقى في الحيز السليم.
- ترسيب بعض المواد
- جلفنة
- دباغة الجلود
0 التعليقات:
إرسال تعليق