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 Buffer Solutions

الأهمية البيولوجية للمحاليل المنظمة

– المحاليل المنظمـة 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 يُحافظ عليها غالباً عن طريق المحاليل المنظمـة.

– أهم المحاليل المنظمة هي الفوسفات والبيكربونات.

العلاقات الرياضية للمحاليل المنظمة

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: 

المحاليل المنظمة Buffer Solutions

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 كما يلي:

  • قيمة pK
  • 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 الحامضpKa =    
                         log Ka    pKa = –          

(2) إذا كان القاعدة ضعيفة وملحها: 


  [salt]  
    pOH = PKb + log  ——-
 [base]
 
حيث : ثابت تفكك القاعدة =pKb 
         pKb= -log Kb                   

كيف تعمل المحاليل المنظمة ؟

الحالة الأولى/  دراسة أثر إضافة حمض HCl إلى المحلول المنظم

  •  إضافة HCl يعني إضافة +H وبالتالي زيادة تركيز +H3O  في المحلول فيختل الاتزان.
  •  وفقاً لمبدأ لوتشاتلييه سينزاح التفاعل (1) نحو اليسار بتفاعل +H3O  الزائدة مع CH3COO
  •  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

  •  إضافة قاعدة NaOH يعني إضافة OH والتي تتفاعل مع +H3O في المحلول فيختل الاتزان.
  •  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

– للمحاليل المنظمة أهمية كبيرة كما يلي:

  • أن الأنزيمات تحتاج لوسط تكون فيه قيمة pH ثابتة تقريباً لتعمل بنشاط.
  •  معالجة التربة لنمو المحاصيل المختلفة.
  •  معايرة جهاز قياس الأس الهيدروجيني.  

4 تعليقات

  1. ماهي أهمية المحلول المنظم في الكيمياء الحيوية
    ????

  2. أيضا هل يعتبر الدم محلول منظم،؟

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.