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.

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: 

– 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:

حيث : ثابت التأين الحامضpK_a =    

(2) إذا كان القاعدة ضعيفة وملحها: 

حيث : ثابت تفكك القاعدة =pK_b 

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.