المحاليل المنظمة

المحاليل المنظمة بالإنجليزية buffer solutions هي المحاليل التي تحافظ على درجة حموضة ثابتة، وتقاوم أي تغيير فيها عند إضافة كمية قليلة من مادة حمضية أو قلوية، وتكون درجة الـ pH محددة في المحلول المنظم، ولا تتغير هذه الدرجة إذا تم تخزينه لفترة طويلة أو تمديده.

تقسم المحاليل المنظمة إلى نوعين:

محاليل مكونة من نوع واحد: تتكون من مزج حمض ضعيف مع أساس ضعيف، فإما أن يكون حمض ضعيف مع أساسه المرافق، أو أساس ضعيف مع حمضه الموافق.

محاليل مكونة من مزيجين: وقسم أيضًا إلى قسمين:

  • محاليك منظمة حمضية: تمتلك درجة pH أقل من 7، وهي عبارة عن مزيج لحمض ضعيف مع أحد أملاحه التي تحتوي على أساس قوي وذلك ضمن محلول مائي، مثال: مزج حمض الخل ذو الصيغة (CH3COOH) وهو حمض ضعيف، مع أسيتات الصوديوم (CH3COONa).
  • المحاليل المنظمة القلوية: تمتلك درجة pH أكبر من 7، وتنتج عن مزج أساس ضعيف مع أحد أملاحه المكونة من حمض قوي، مثال على ذلك: مزج هيدروكسيد الأمونيوم وهو أساس ضعيف، مع أحد أملاحه وهو كلوريد الأمونيوم.

آلية عمل المحلول المنظم:

تعتمد على امتصاص أيونات H + أو OH الزائدة، مما يحافظ على درجة الحموضة ضمن نطاق ضيق، حيث يتحد الأساس الموجود ضمن المحلول المنظم مع أيونات H + المضافة ويتم إزالتها، وبنفس الطريقة يتحد حمض المحلول مع أيونات OH المضافة ويزيلها.

سعة المحلول المنظم:

كل محلول منظم له سعة معينة، وهي تمثل كمية المادة الحمضية أو القلوية التي يمكن إضافتها قبل أن يبدأ ال pH بالتغير بشكل كبير، ويمكن تعريفها أيضًا على أنها كمية الحمض أو القاعدة القوية التي يجب إضافتها لتغيير درجة حموضة لتر واحد من المحلول بمقدار درجة واحدة من pH.

تعتبر المحاليل المنظمة مهمة للغاية في علم الأحياء والطب لأن معظم التفاعلات البيولوجية والإنزيمات تحتاج إلى نطاقات محددة من درجة الحموضة لكي تعمل بشكل صحيح، على سبيل المثال إن الحفاظ على درجة حموضة الدم مستقرة أمرًا بالغ الأهمية لصحة الإنسان، حيث يحتوي دم الإنسان بشكل طبيعي على المحلول المنظم المكون من:

  • حمض الكربونيك (H2CO3).
  • أيون البيكربونات (HCO3–).
  • ثاني أكسيد الكربون (CO2).

 فعندما تتحد أيونات البيكربونات مع أيونات الهيدروجين الزائدة تتحول إلى حمض الكربونيك، وتتم إزالة أيونات الهيدروجين، مما يؤدي إلى الحفاظ على درجة pH معتدلة، ويمنع الكثير من أيونات الهيدروجين الزائدة من التراكم في الدم، ومن ثم يتحول حمض الكربونيك الزائد إلى غاز ثاني أكسيد الكربون، ويتم طرحه مع الزفير عبر الرئتين.

أيضًا في حال تم إدخال الكثير من أيونات الهيدروكسيد في الدم OH-، فإن حمض الكربونيك سوف يتحد معها لإنتاج البيكربونات وطرح الماء، مما يقلل من درجة الحموضة، وبدون هذا المحلول المنظم فإن درجة الحموضة في الجسم ستتقلب بما يكفي لتعريض حياة الإنسان للخطر.

أكمل القراءة

المحاليل المنظمة هي محاليل تقاوم تغيير الأس الهدروجيني الخاص بها، في حال إضافة كميات قليلة من مادة حمضية (acid) أو قلوية (alkali) إليها وللمحاليل المنظمة نوعان:

محاليل منظمة حمضية: وهي محاليل منظمة درجة حموضتها أقل من 7، تتألف هذه المحاليل غالبًا من اجتماع حمض ضعيف مع أحد أملاحه، وغالبًا ما يكون الملح المستخدم هو الصوديوم (sodium).

أحد أكثر المحاليل المنظمة الحمضية شائعة الاستخدام هو مزيج بين حمض الإيثانويك وإيثانوات الصوديوم، في هذه الحالة يحتوي المحلول على تراكيز متساوية من الحمض والملح، فتكون درجة الحموضة للمحلول 4.76، ولا تختلف هذه النسبة باختلاف درجة تركيز الحمض أو الملح لطالما هاتان النسبتان متساويتان.

بالإمكان تغيير درجة الحموضة في المحلول، بزيادة أو انقاص تركيز الحمض أو الملح دون تغيير العنصر الآخر بنسبة مشابهة، أو تستطيع تغيير درجة الحموضة عن طريق اختيار حمض آخر مغاير، مع واحدٍ من أملاحه.

محاليل منظمة قلوية: تتميز هذه المحاليل بدرجة حموضة أعلى من 7، وتتألف هذه المحاليل من مادة قاعدية ضعيفة، مضافًا إليها أحد أملاحها، من أكثر المحاليل المنظمة القوية استخدامًا هو محلول يتألف من محلول الأمونيا ومحلول كلوريد الأمونيوم، ستكون درجة الحموضة لهذا المحلول في حال كان تركيز القاعدة والملح متساويًا تساوي 9.25 ، وكما هو الحال مع المحاليل المنظمة الحمضية، لن يتغير هذا الرقم مهما ارتفع او انخفض تركيز المواد في المحلول، بشرط بقاء النسب بين المادتين متساوية.

لضمان قيام المحلول المنظم بعمله، يجب أن يحتوي على مواد تتخلص من أي أيونات هيدروجين أو أيونات هيدروكسيد قد تضاف إلى المحمول، وفي حال عدم تواجد هذه المواد، ستتغير درجة الحموضة الخاصة بالمحلول.

تقوم المحاليل المنظمة سواء القلوية منها أو الحمضية بعملها من خلال طرق مختلفة ومتعددة:

فبالنسبة للمحاليل المنظمة الحمضية، ولسهولة الشرح، سنتخذ من مزيج حمض إيثانويك وإيثانوات الصوديوم مثالًا، نتيجة ضعف حمض الإيثانويك، سيكون توازن هذه المعادلة مائلًا إلى اليسار.

المحاليل المنظمة الحمضية

فعند إضافة إيثانوات الصوديوم للمحلول، سيزداد تركيز أيونات الأيثانوات، مما سيؤدي وفقًا لمبدأ لو شاتليه لتحريك نقطة التوازن إلى اليسار بشكلٍ أكبر.

لتفادي تغير نقطة التوازن يجب أن يحتوى المحلول على واحدة من ثلاث مواد:

  • كميات من حمض الإيثانويك غير المتأين.
  • الكثير من أيونات الإيثانوات  الناتجة عن إيثانوات الصوديوم.
  • كميات كبيرة من أيونات الهيدروجين تكفي لجعل المحلول حمضي.
  • إضافة أشياء أخرى (مثل الماء وأيونات الصوديوم) لن تؤدي إلى إحداث أي تغيير.

أما بما يتعلق بالمحاليل المنظمة القلوية، وكما الحال مع المحلول المنظم القلوي سنتخد من محلولٍ ما مثالًا لتسهيل الشرح، وهذا المحلول هو مزيج من محاليل الأمونيا وكلوريد الأمونيوم.

تكون المعادلة الخاصة بالمحلول كالتالي:

المحلول المنظم القلوي

ونتيجة كون الأمونيا قاعدة ضعيفة سيزيح التوازن ضمن المعادلة إلى جهة اليسار بشكلٍ كبير.

إن إضافة كميات من كلوريد الأمونيوم إلى المحلول سيؤدي إلى زيادة تركيز ايونات الأمونيوم فيه، وهذا الأمر سيؤدي بحسب مبدأ لو شاتيليه لانزياح نقطة التوازن ضمن المعادلة نحو جهة اليسار بشكلٍ أكبر من السابق، والحل لتفادي ذلك يكون بثلاث طرق:

  • إضافة كميات كبيرة من الأمونيا غير المتفاعلة.
  • إضافة الكثير من إيونات الأمونيوم.
  • إضافة كميات كافية من أيونات الهيدروكسيد بما يجعل المحلول قلويًا.
  • إضافة أشياء أخرى (مثل الماء وأيونات الكلوريد) لن تؤدي إلى إحداث أي تغيير.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي المحاليل المنظمة"؟