المخازن المؤقتة: الخصائص والتحضير والأمثلة
الحلول العازلة هي تلك التي يمكن أن تقلل من تغييرات الأس الهيدروجيني بسبب H 3 O + و OH. في غياب هذه ، تتأثر بعض النظم (مثل الفسيولوجية) ، لأن مكوناتها حساسة للغاية للتغيرات المفاجئة في الرقم الهيدروجيني.
مثلما تقلل ممتص الصدمات في السيارات من التأثير الناجم عن حركتها ، فإن المخازن المؤقتة تفعل الشيء نفسه ولكن مع حموضة أو جوهر الحل. علاوة على ذلك ، تؤسس الحلول العازلة نطاقًا معينًا من الأس الهيدروجيني تكون فيه فعالة.
خلاف ذلك ، سوف تحمض أيونات H 3 O + المحلول (ينخفض الرقم الهيدروجيني إلى القيم التي تقل عن 6) ، مما يؤدي إلى تغيير محتمل في أداء التفاعل. يمكن أن ينطبق نفس المثال على قيم الأس الهيدروجيني الأساسية ، أي أكبر من 7.
ملامح
تركيب
في جوهرها ، تتألف من حمض (HA) أو قاعدة ضعيفة (B) ، وأملاح قاعدتها أو حمضاتها. وبالتالي ، هناك نوعان: المخازن المؤقتة الحمضية والمخازن القلوية.
تتوافق المخازن المؤقتة للأحماض مع HA / A- pair ، حيث A- هي القاعدة المترافقة للحمض الضعيف HA وتتفاعل مع الأيونات - على غرار Na + - لتكوين أملاح الصوديوم. وبهذه الطريقة ، يظل الزوج بمثابة HA / NaA ، على الرغم من أنه يمكن أن يكون أيضًا أملاح البوتاسيوم أو الكالسيوم.
عند اشتقاقها من حمض HA الضعيف ، فإنه يبطئ درجة الحموضة في نطاق الحموضة (أقل من 7) وفقًا للمعادلة التالية:
HA + OH- => A- + H 2 O
ومع ذلك ، كونه حمضًا ضعيفًا ، يتم تحلل قاعدته المرافقة جزئيًا لتجديد جزء من HA المستهلك:
A- + H 2 O HA + OH-
من ناحية أخرى ، تتكون المخازن المؤقتة القلوية من الزوج B / HB + ، حيث HB + هو حمض الاقتران للقاعدة الضعيفة. بشكل عام ، يقوم HB + بتكوين أملاح باستخدام أيونات الكلوريد ، مما يجعل الزوج B / HBCl. هذه المخازن المؤقتة المخازن المؤقتة نطاقات الرقم الهيدروجيني الأساسية (أكبر من 7):
B + H 3 O + => HB + + H 2 O
ومرة أخرى ، يمكن أن يتحلل HB + جزئيًا لتجديد جزء من B المستهلك:
HB + + H 2 OB + H 3 O +
تحييد كل من الأحماض والقواعد
على الرغم من أن المخازن المؤقتة للحامض تخزن أحماض الأس الهيدروجيني وحامض القلوية الأس الهيدروجيني الأساسي ، يمكن أن يتفاعل كلاهما مع H 3 O + و OH من خلال هذه السلسلة من المعادلات الكيميائية:
A- + H 3 O + => HA + H 2 O
HB + + OH- => B + H 2 O
وهكذا ، في حالة HA / A- الزوج ، يتفاعل HA مع OH- ، بينما يتفاعل A- - قاعدته المترافقة مع H 3 O +. بمجرد أن يتفاعل الزوج B / HB + ، يتفاعل B مع أيونات H 3 O + ، بينما يتفاعل HB + - حمضه - مع OH-.
هذا يسمح لكل من الحلول العازلة لتحييد كل من الأنواع الحمضية والأساسية. نتيجة ما ورد أعلاه ، على سبيل المثال ، الإضافة المستمرة لشامات OH- ، هي النقص في تباين الرقم الهيدروجيني (ΔpH):
تظهر الصورة العليا تخميد درجة الحموضة مقابل قاعدة قوية (مانح OH-).
في البداية الحموضة هي حامض بسبب وجود HA. عند إضافة قاعدة قوية ، يتم تشكيل الشامات الأولى من A- ويبدأ المخزن المؤقت في التأثير.
ومع ذلك ، هناك مساحة من المنحنى حيث يكون الميل أقل حدة. وهذا هو ، حيث يكون التخميد أكثر كفاءة (إطار مزرق).
كفاءة
هناك عدة طرق لفهم مفهوم الكفاءة العازلة. أحد هذه العوامل هو تحديد المشتق الثاني لمنحنى الأس الهيدروجيني مقابل الحجم الأساسي ، مع مسح V لأدنى قيمة ، وهي Veq / 2.
Veq هو الحجم عند نقطة التكافؤ ؛ هذا هو الحجم الأساسي اللازم لتحييد جميع الأحماض.
هناك طريقة أخرى لفهمها من خلال معادلة هندرسون-هاسلبالش الشهيرة:
الرقم الهيدروجيني = pK a + log ([B] / [A])
تشير B هنا إلى القاعدة ، والحامض ، و pK a هي أدنى لوغاريتم لثابت الحموضة. تنطبق هذه المعادلة على كل من الأنواع الحمضية HA وحمض الاقتران HB +.
إذا كانت [A] كبيرة جدًا فيما يتعلق بـ [B] ، فإن log () تأخذ قيمة سالبة جدًا ، يتم طرحها من pK a . على العكس من ذلك ، [A] صغيرة جدًا فيما يتعلق بـ [B] ، تأخذ قيمة log () قيمة موجبة جدًا ، تُضاف إلى pK a . ومع ذلك ، عندما يكون [A] = [B] ، يكون log () يساوي 0 ويكون pH = pK a .
ماذا يعني كل ما سبق؟ أن ΔpH ستكون أكبر في الحدود القصوى المعتبرة للمعادلة ، بينما ستكون أصغر مع درجة حموضة مساوية لـ pK a ؛ ونظرًا لأن pK a مميز لكل حمض ، تحدد هذه القيمة المدى pK a ± 1.
قيم الرقم الهيدروجيني في هذا النطاق هي تلك التي يكون المخزن المؤقت فيها أكثر كفاءة.
إعداد
لإعداد حل مؤقت ، من الضروري مراعاة الخطوات التالية:
- معرفة الرقم الهيدروجيني المطلوب ، وبالتالي ، الرقم الذي تريد الحفاظ عليه ثابتًا قدر الإمكان أثناء التفاعل أو العملية.
- بمعرفة الرقم الهيدروجيني ، نبحث عن جميع الأحماض الضعيفة ، أولئك الذين pK أ أقرب إلى هذه القيمة.
- بمجرد اختيار نوع HA وحساب تركيز المخزن المؤقت (بناءً على مقدار القاعدة أو الحمض المطلوب لتحييده) ، يتم وزن الكمية اللازمة من ملح الصوديوم.
أمثلة
حمض الخليك يمتلك pK a من 4.75 ، CH 3 COOH ؛ لذلك ، فإن خليط من كميات معينة من هذا الحمض وخلات الصوديوم ، CH 3 COONa ، يشكل حاجزًا عازلًا يمتص بكفاءة في نطاق الأس الهيدروجيني (3،75-5،75).
ومن الأمثلة الأخرى على الأحماض الاحتكارية أحماض البنزويك (C 6 H 5 COOH) والأحماض الفورميك (HCOOH). لكل من هذه القيم pK a هي 4.18 و 3.68 ؛ لذلك ، نطاقات الأس الهيدروجيني الخاصة بها في التخزين المؤقت الأعلى هي (3.18-5.18) و (2.68-4.68).
من ناحية أخرى ، تحتوي الأحماض متعددة البروتينات مثل الفوسفوريك (H 3 PO 4 ) والكربونية (H 2 CO 3 ) على العديد من قيم pK a التي يمكن أن تطلقها البروتونات. وبالتالي ، يحتوي H 3 PO 4 على ثلاثة pK a (2،12 و 7،21 و 12،67) و H 2 CO 3 له اثنان (6،352 و 10،329).
إذا كنت ترغب في الحفاظ على درجة الحموضة من 3 في حل ، يمكنك الاختيار بين المخزن المؤقت HCOONa / HCOOH (pK a = 3.68) و NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2.12).
يكون المخزن المؤقت الأول ، وهو حمض الفورميك ، أقرب إلى الأس الهيدروجيني 3 من المخزن المؤقت لحامض الفوسفوريك ؛ لذلك ، يتم تخزين HCOONa / HCOOH في درجة الحموضة 3 بشكل أفضل من NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .
