مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

محلول بافر

دید کلی

گاهی لازم است محلولی را که دارای PH معین است، تهیه و ذخیره کنیم. نگهداریچنین محلولی حتی مشکل‌تر از تهیه آن است. چنانچه این محلول در معرض هوا قرار گیرد،دی‌اکسیدکربن (یکایندرید اسید) جذب می‌کند و اسیدی‌ترمی‌شود. چنانچه محلول در ظرف شیشه‌ای ذخیره شود، ناخالصیهای قلیایی که در اثرخیسیدن شیشه شسته می‌شود، ممکن است PH را تغییر دهد. در محلولهای بافر تامپون) ، PH در رقمی تا حدودی ثابت ، حتی وقتی مقادیر کماسیدیابازبه آنها اضافه می‌شود، محفوظ می‌ماند.

تهیه محلول بافر (اسیدی)

یک محلول بافر را می‌توان از یک اسید ضعیف یا یکباز ضعیف ونمکی از الکترولیت ضعیف تهیهکرد. مثلا ، می‌توان بافری ازاسید استیکواستات سدیمتهیه کرد. اگر از این دو ماده بهغلظتیکسان مثلا 1M داشته باشیم. درنتیجه:

ازآنجا که با غلظتوبرابر است، غلظتبرابر بامی‌شود و PH برابر 4.74 خواهد بود. PK یک الکترولیت ضعیف را می‌توان به طریقی مشابه با PH تعریف کرد:

محلولیاز یک اسید ضعیف که در آن غلظتآنیونبرابر غلظت اسید تفکیک نشده باشد، PH آن برابراسید است. در نمونه بافری که شرح داده شد، مقادیرونسبت به مقدارموجود 50مرتبه بیشتر است.

اضافه کردن اسید یا باز به محلول بافر

چنانچه مقدار کمی یوناضافه کنیم،منبع فراوان یون استات آن را به سرعت به اسید استیک تبدیل می‌کند. چنانچه به اینمقدار بافر مقداری یوناضافه کنیم، یونرا خنثیمی‌کند. ولی مقدار فروان استیک اسید موجود به وسیله تفکیک مقدار یونحذف شده راجایگزین خواهد کرد و PH محلول در رقمی نسبتا ثابت محفوظ می‌ماند. بافرها نمی‌توانندافزایش مقادیر زیاد اسید یا قلیا را تحمل کنند. افزایش 0.01 مول به ازای یک لیتر ازیادر حدود حداکثرمقداری است که انتظار می‌رود بافری توان تحمل آن را داشته باشد.

تهیه بافر قلیایی

بافرهای قلیایی را نیز می‌توان تهیه کرد. چنانچه بازضعیف و یون مشتق آن با غلظتهای برابر ، وجود داشته باشند، داریم:

محلولیازبهمقدار 0.1 مول وبه مقدار 0.1مول مثالی از این نوع بافر است که PH آن برابر 9.26 است.

رابطه هندرسون _ باخ

بافرهایی نیز می‌توان تهیه کرد که در آنها نسبت غلظتالکترولیت ضعیف به غلظت یون مشترک 1 به 1 نباشد. از این روش می‌توان برای بدستآوردن بافری که PH یا POH آن بااسید یاباز ضعیف تفاوتدارد، استفاده کرد. رابطه هندرسون باخ این نوع بافر را توجیه می‌کند:

بطورکلی برای یک بافر موثر ، نسبت غلظت جز مولکولی به غلظت جز یونی باید بین 0.1 و 10باشد. بنابراین برای تهیه یک بافر موثر می‌توان ازاستفاده کرد. برای مثال ، می‌توان بافری از اسید استیک واستاتتهیه کرد که در آن مقادیر دلخواه PH بین 3.74 و 5.74 را داشته باشد، زیرا مقداراسید استیکبرابر 4.74 است.

استفاده از محلولهای بافر در صنعت و طبیعت

استفاده از بافرها بخش مهمی ازبسیاری فرآیندهای صنعتی است. مثالهایی در این مورد ، آبکاری و تهیه چرم و موادعکاسی و رنگها هستند. در پژوهشهایباکتری شناسیبرای حفظ PH لازم جهت رشدباکتریهای مورد مطالعه ، محیطهای کشت معمولا بافری هستند. بافرها بطور وسیعی درشیمیتجزیه و همچنین برای مدرج کردن PH سنجبکار می‌رود. بدن انسان به وسیلهبی کربنات،فسفاتو سیستمهای پیچیدهپروتئین دربافریاست.

محلول های بافری

يک سیستم بافرمی تواند مقدارقابل توجهی اسید یا باز رابدون آنکه تغییر عمده ای درP^Hمحلول رخ دهد جذب نماید محلول های بافر ازمخلوط یک اسید ضعیف بانمک آن ویا محلول بازضعیف بانمک آن تهیه می شوند. وزمانی بیشترین کارایی رادارند که غلظت اسيد ضعیف با بازمزدوجش

( HA و A^- ) ویا غلظت بازضعیف بااسید مزدوجش( MOH و M⁺ ) برابرباشد.محلولهای بافر درحیات مابسیاربااهمیت می باشند .ازجمله خون یک بافربسیارمهم است که باعث می شودP^Hمحیط بدن درمقابل مواد غذایی متنوع ویاداروهایی که می خوریم ثابت بماند.

بدنیست بدانیدزمانی که ورزشکاران درلحظات اضطراب ناشی از مسابقه ورقابت، سریعتروعمیق تر نفس می کشند تهویه بیش از اندازه میزان CO₂ موجوددرخون راکاهش می دهد درنتیجه قداربیشتری H₂CO₃طبق رابطه زیر تجزیه شده تاطبق اصل لوشاتلیه این کاهش جبران شود .

H2O + CO2 <ــــ H₂CO₃ امادرنتیجه این عمل تعادل میان ^-HCO₃ و H₂CO₃ به هم می خورد برای جبران H₂CO₃مصرفی تعادل زیر صورت می گیرد .

H₃O⁺ +HCO₃^-→ H2O+ H₂CO₃ ممکن است^{. ـ}HCO₃ به حدی کم شود که برای جبران آن P^H خون افزایش یابد دراین شرایط رگهای خون درمغز انقباض یافته وخون کمی به مغز میرسددراین حالت ورزشکار دچارسرگیجه وگاه بیهوش می شود دراین وضعیت تنفس عادی شده و P^Hبه مقدارطبیعی بارمی گردد.

محلول های بافر محلول هایی هستند که با تغییرات محیط های بازی ضعیف با اسید آن و یا اسید ضعیف و باز آن مقاومت می کنند. این مقاومت تعادل بین محلول های فوق را تنظیم می نماید.اضافه شدن اسید قوی به ترکیب باز باعث جذب پروتن و حفظ pH می شود.از طرفی تعادل بین محلول اسید قوی یا باز قوی با اضافه شدن اسید قوی یا باز آن تغییراتی را رو یpH انجام می دهد و از طرفی تئوری برونستد لوری در مقابل تئوری لوئیس قرار می گیرد.محاسبه pH یک محلول از روش هندرسون هاسل باخ با فرمول به طور مثال برای معادله HA(aq)+H2O(l)®H3O+(aq)+A-(aq) بدست می آید. در این رابطه ظرفیت ماکزیمم بافر هنگامی اتفاق می افتد که pH=pKa و میزان بافر در مقایسه با pH برابر pKa±1 است. تغییرات مقاومت در ساخت محلول ها جهت اندازه گیری pH برای تولید مواد شیمیایی و انجام پروسه ها و متد های شیمیایی انجام می شود. به عبارت دیگر استفاده از محلول های بافر نه تنها در آزمایشگاه شیمی بلکه در آزمایشگاه های بیوشیمیایی جهت حفظ ترکیبات بیوشیمیایی موجودات زنده در pH که با شرایط داخل سلولی هماهنگی دارد به کار می رود.به عبارت دیگر اگر محلول های بافر دقیقا ساخته شوند می توانند کلیه ترکیب ها و واکنش های شیمیایی که داخل سلول اتفاق می افتد را حفظ کنند.