हेंडरसन-हसलबैक समीकरण - एक गणितीय अभिव्यक्ति जो बफर सिस्टम की क्षमताओं को दर्शाती है। समीकरण दिखाता है कि कैसे एक बफर समाधान का एसिड-बेस बैलेंस एसिड-बेस बफर सिस्टम के घटकों के गुणों और समाधान में इन घटकों के मात्रात्मक अनुपात पर निर्भर करता है। किसी विलयन में अम्ल-क्षार संतुलन का सूचक pH, pH है। एक एसिड की संपत्ति (आयनों में विघटित होने की क्षमता), एक बफर सिस्टम के एक घटक के रूप में, संतुलन स्थिरांक के मूल्य, एसिड के पृथक्करण स्थिरांक, Ka की विशेषता है। पीके= - एलजीके डी

बफर सिस्टम की मात्रात्मक संरचना (संरचना) का अनुमान नमक/अम्ल अनुपात के रूप में लगाया जा सकता है। उपरोक्त को देखते हुए, हेंडरसन-हसलबैक समीकरण इस तरह दिखता है:

पीएच = पीके + लॉग

पीएच और पीओएच का मान से प्रभावित होता है पृथक्करण निरंतर और घटकों की सांद्रता का अनुपात।

18. बफर टैंक। मध्यवर्ती क्षेत्र।

मध्यान्तर पीएच = पीकेए ± 1बुलाया मध्यवर्ती क्षेत्र .

बफर क्षमता (वी) एक मजबूत एसिड या बेस के मोल समकक्षों की संख्या के रूप में व्यक्त किया जाता है जिसे पीएच को एक से स्थानांतरित करने के लिए एक लीटर बफर में जोड़ा जाना चाहिए।

बी - बफर क्षमता,

एनई एक मजबूत एसिड या क्षार के बराबर तिल है,

рН पीएच में परिवर्तन है।

व्यवहार में, बफर क्षमता की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

V अम्ल या क्षार का आयतन है,

N अम्ल या क्षार की तुल्य सांद्रता है,

वी बफर - बफर समाधान की मात्रा,

पीएच पीएच में परिवर्तन है।

बफर क्षमता पर निर्भर करता है इलेक्ट्रोलाइट सांद्रताऔर बफर अनुपात.

19. बफर क्षमता का मात्रात्मक निर्धारण।

अम्ल या क्षार की वह मात्रा जिसे बफर विलयन के 1 लीटर में मिलाने की आवश्यकता होती है ताकि उसका pH मान एक से बदल जाए, कहलाती है बफ्फर क्षमता

उच्चतर प्रारंभिक एकाग्रताबफर मिश्रण, इसकी बफर क्षमता जितनी अधिक होगी

20. रक्त के बफर सिस्टम: बाइकार्बोनेट, फॉस्फेट, हीमोग्लोबिन और प्रोटीन

हीमोग्लोबिन बफर यह बफर क्षमता का 35% हिस्सा बनाता है।

एरिथ्रोसाइट्स का मुख्य बफर सिस्टम, जो रक्त की कुल बफर क्षमता का लगभग 75% है। रक्त का हीमोग्लोबिन बफर सिस्टम एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है: श्वसन, ऊतकों तक ऑक्सीजन का परिवहन और रक्त के पीएच को स्थिर बनाए रखने में।

यह दो कमजोर अम्लों - हीमोग्लोबिन और ऑक्सीहीमोग्लोबिन और उनके संयुग्म आधारों - हीमोग्लोबिनेट और ऑक्सीहीमोग्लोबिनेट आयनों द्वारा क्रमशः दर्शाया जाता है:

एचएचबी एच + + एचबी -

एचएचबीओ 2 एच + एचबीओ 2 -

फॉस्फेट बफर

यह रक्त और अन्य ऊतकों, विशेष रूप से गुर्दे के कोशिका द्रव्य दोनों में पाया जाता है। कोशिकाओं में, इसे लवण द्वारा दर्शाया जाता है

के 2 एनआरओ 4और केएन 2 आरओ 4, और रक्त प्लाज्मा और अंतरकोशिकीय द्रव में

Na2HPO4और NaH2PO4.

मुख्य रूप से प्लाज्मा में कार्य करता है और इसमें शामिल हैं: डाइहाइड्रोफॉस्फेट आयन और हाइड्रोजन फॉस्फेट आयन

एच 2 आरओ 4 -और एनआरओ 4 2-

यह प्रणाली जैविक वातावरण में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है - कोशिका में, पाचन ग्रंथियों के रस में, मूत्र में।

बाइकार्बोनेट बफर . यह बफर क्षमता का 53% हिस्सा बनाता है।

प्रस्तुत किया:

एच 2 सीओ 3और NaHCO3

बाइकार्बोनेट बफर रक्त प्लाज्मा में मुख्य बफर सिस्टम है; यह एक तीव्र प्रतिक्रिया प्रणाली है, क्योंकि सीओ 2 एसिड के साथ इसकी बातचीत का उत्पाद फेफड़ों के माध्यम से जल्दी से उत्सर्जित होता है।

प्रोटीन बफर यह बफर क्षमता का 5% है।

इसमें एक प्रोटीन-एसिड और एक मजबूत आधार द्वारा निर्मित नमक होता है।

पीटी - सीओओएच - प्रोटीन-एसिड

पं - कूना - प्रोटीन-नमक

1. जब शरीर में प्रबल अम्ल बनते हैं, तो वे प्रोटीन के लवण के साथ परस्पर क्रिया करते हैं।

HC1 + Pt-COONa ↔ Pt-COOH + NaCl।

2. क्षारीय उत्पादों में वृद्धि के साथ, वे Pt-COOH के साथ परस्पर क्रिया करते हैं:

NaOH + Pt-COOH Pt-COONa + H 2 O

प्रोटीन एक उभयधर्मी इलेक्ट्रोलाइट है और इसलिए अपनी बफरिंग क्रिया प्रदर्शित करता है।

बफर विलयन एक स्थिरांक वाला रासायनिक अभिकर्मक हैपीएच

प्रयोगशाला कांच के बने पदार्थ, प्रयोगशाला के उपकरण, उपकरण और रसायन किसी भी आधुनिक प्रयोगशाला के चार मुख्य घटक हैं, चाहे उसकी विशेषज्ञता कुछ भी हो। उद्देश्य के आधार पर, प्रयोगशाला उत्पाद - कांच के बने पदार्थ, उपकरण, उपकरण विभिन्न सामग्रियों से बने होते हैं: प्लास्टिक, चीनी मिट्टी के बरतन, क्वार्ट्ज, बोरोसिलिकेट, प्रयोगशाला कांच, आदि। यह सिर्फ कीमत और गुणवत्ता का मामला है। रासायनिक अभिकर्मकों ने प्रयोगशाला उपकरणों की सूची में एक विशेष स्थान पर कब्जा कर लिया है - उनके बिना सबसे सरल विश्लेषण, अनुसंधान, प्रयोग करना भी असंभव है।

प्रयोगशाला के काम के अभ्यास में, कर्मचारियों को अक्सर ऐसे रासायनिक समाधानों का सामना करना पड़ता है जिनका एक निश्चित पीएच मान होना चाहिए या होना चाहिए। यह इन उद्देश्यों के लिए है कि विशेष बफर समाधान बनाए जाते हैं।

यह समाधान क्या है?

बफर समाधान - हाइड्रोजन आयनों की एकाग्रता के एक निश्चित स्थिर संकेतक के साथ रासायनिक अभिकर्मक; कमजोर केंद्रित एसिड और उसके नमक का मिश्रण। ये समाधान व्यावहारिक रूप से अपनी संरचना को नहीं बदलते हैं जब अन्य रासायनिक अभिकर्मकों के साथ केंद्रित, पतला होता है, या जब अत्यधिक केंद्रित क्षार या एसिड को थोड़ी मात्रा में जोड़ा जाता है। एक अलग पीएच के साथ बफर समाधान प्राप्त करने के लिए, उपयोग किए गए रासायनिक समाधानों की एकाग्रता और अनुपात को बदलना आवश्यक है।

आक्रामक मीडिया, क्षार और एसिड की विशिष्ट मात्रा के आधार पर यह रासायनिक अभिकर्मक एक निश्चित पीएच को एक निश्चित स्तर तक बनाए रखने में सक्षम है। प्रत्येक बफर मिश्रण में एक निश्चित बफर क्षमता होती है - क्षार और अम्ल तत्वों की संख्या के बराबर अनुपात।

दुर्भाग्य से, एसिड और क्षार को स्वयं बफर मिश्रण के रूप में वर्गीकृत नहीं किया जा सकता है, क्योंकि जब वे पानी से पतला होते हैं, तो इन आक्रामक मीडिया का पीएच स्तर बदल जाता है।

प्रयोगशाला अभ्यास में, एक अंशांकन बफर मिश्रण भी लागू होता है। यह विभिन्न माध्यमों में हाइड्रोजन आयनों की गतिविधि - तरल पदार्थों में एसिड के स्तर को निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों के संकेतकों की सटीकता को समायोजित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

प्रयोगशाला स्थितियों और निजी अभ्यास दोनों में काम के लिए, विशेष प्रयोगशाला उपकरणों और उपकरणों पर प्रयोगशाला कांच के बने पदार्थ का उपयोग करके विशेष प्रयोगशालाओं में तैयार उच्च-स्थिरता बफर मिश्रण का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। इस रासायनिक अभिकर्मक की स्व-तैयारी एक बड़ी त्रुटि के साथ प्राप्त की जा सकती है।

बफर समाधान क्या है?

इस रासायनिक अभिकर्मक की संरचना में पानी शामिल है - एक विलायक और समान रूप से भंग आयन या पदार्थों के अणु जो एक एसिड-बेस या क्षारीय-एसिड बफर सिस्टम बनाते हैं। बफर सिस्टम अपने एक लवण के साथ कमजोर रूप से केंद्रित एसिड की बातचीत है।

आधुनिक प्रयोगशाला उपकरणों और उपकरणों के साथ ऐसे रासायनिक अभिकर्मकों का व्यापक रूप से विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और सूक्ष्म जीव विज्ञान, आनुवंशिकी, चिकित्सा, फार्मास्यूटिकल्स, अनुसंधान केंद्रों और अन्य वैज्ञानिक क्षेत्रों में अनुसंधान में उपयोग किया जाता है।

मनुष्यों के लिए बफर समाधान का महत्व

प्राकृतिक बफर मिश्रण शरीर के सामान्य कामकाज के लिए भी बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह ऊतकों, अंगों, लसीका और रक्त के जैविक तरल पदार्थों में एक निरंतर पीएच स्तर बनाए रखता है।

जमा करने की अवस्था

इस रासायनिक अभिकर्मक को भली भांति बंद करके सीलबंद कंटेनर (कांच या प्लास्टिक की बोतलों) में स्टोर करें।

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एक स्थिर पीएच मान बनाए रखने के लिए एक बफर समाधान का उपयोग किया जाता है। इसमें दुर्बल अम्ल HA और संयुग्मी क्षार A- का मिश्रण होता है। एक बफर समाधान में संतुलन सह-अस्तित्व:

ऑन + एच 2 ओ ↔ एच 3 ओ + + ए -

ए - + एच 2 ओ ↔ एचए + ओएच -

पर्याप्त रूप से उच्च C(HA) और C(A -) पर एक दूसरे को दबाना; इसलिए, हम मान सकते हैं कि [HA] \u003d C (HA) और [A - ] \u003d C (A -)। के लिए व्यंजक का उपयोग करना के ए ओएनऔर पानी के पृथक्करण के कारण [H 3 O + ] के योगदान की उपेक्षा करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

दूसरे संतुलन स्थिरांक का उपयोग करके समान व्यंजक प्राप्त किया जा सकता है।

उदाहरण 16. 0.10 एम एसिटिक एसिड और 0.10 एम सोडियम एसीटेट से युक्त बफर समाधान के पीएच की गणना करें।

फेसला।यहां, सभी शर्तें पूरी होती हैं जो सूत्र (2-14) को लागू करने की अनुमति देती हैं (एसिटिक एसिड एक कमजोर एसिड है, एसिड और संयुग्म आधार की सांद्रता काफी अधिक है)। इसलिए

उदाहरण 17. 0.10 एम अमोनिया और 0.20 एम अमोनियम क्लोराइड से युक्त बफर समाधान के पीएच की गणना करें।

फेसला।सूत्र (2-14) के अनुसार हम पाते हैं

बफर समाधान की एक महत्वपूर्ण विशेषता इसकी बफर क्षमता है। बफर विलयन में प्रबल क्षारक (अम्ल) मिलाने पर अम्ल HA तथा संयुग्मी क्षारक A- की सांद्रता में परिवर्तन के साथ इसका pH बदल सकता है। इसलिए, बफर क्षमता को आमतौर पर दर्शाया जाता है

यदि बफर समाधान में एक मजबूत आधार जोड़ा जाता है, और

यदि बफर विलयन में प्रबल अम्ल मिलाया जाए। आइए हम मोनोबैसिक एसिड HA और संयुग्म आधार A - के मिश्रण के लिए भौतिक संतुलन समीकरण लिखें:

आइए हम [ON] को के रूप में व्यक्त करें के ए ओएनऔर भौतिक संतुलन समीकरण में स्थानापन्न करें। आइए खोजें [ए -]:

(2-17)

dpH के संबंध में समीकरण (2-17) का अवकलन, इस बात को ध्यान में रखते हुए कि dc main = , हम प्राप्त करते हैं

(2-18)

यह देखना आसान है कि pH = pK a HA पर, अर्थात। - सी (एचए) = सी (ए -), अधिकतम बफर क्षमता तक पहुंच गया है। यह दिखाया जा सकता है कि

(2-19)

सूत्र (2-18) और (2-19) एक से दूसरे का अनुसरण करते हैं, यदि हमें याद है कि [ON] = ए(HA)C(HA) और [A - ] = ए(ए -) सी (ए -), साथ ही अभिव्यक्ति के लिए ए(आरम्भ एव ए(लेकिन -)।

अत्यधिक तनु बफर विलयनों के लिए जल वियोजन के योगदान को ध्यान में रखा जाना चाहिए। इस मामले में, समीकरण (2-19) अधिक जटिल हो जाता है:

यहां, पहले दो शब्द पानी की बफरिंग क्रिया का वर्णन करते हैं, तीसरा एसिड और संयुग्म आधार की बफरिंग क्रिया का वर्णन करता है।

उदाहरण 18.गणना करें कि पीएच कैसे बदलेगा यदि 1.0·10 -3 मोल हाइड्रोक्लोरिक एसिड को 0.010 एम एसिटिक एसिड और 0.010 एम सोडियम एसीटेट युक्त बफर समाधान के 1.0 लीटर में जोड़ा जाता है।

फेसला। हम हाइड्रोक्लोरिक एसिड जोड़ने से पहले बफर समाधान के पीएच की गणना करते हैं:

बफर समाधान की कुल एकाग्रता है

इस तरह के पर्याप्त रूप से केंद्रित बफर समाधान के लिए, सूत्र (2-18) का उपयोग करके बफर क्षमता की गणना की जानी चाहिए:

गणना लेकिन सूत्र (2-19) एक ही परिणाम देता है:

पीएच में परिवर्तन की गणना करें

अत: हाइड्रोक्लोरिक अम्ल मिलाने के बाद बफर विलयन का pH होगा

पीएच = 4.75 - 0.087 = 4.66

बफर क्षमता की गणना का सहारा लिए बिना इस समस्या को हल किया जा सकता है, लेकिन एचसी 1 को जोड़ने से पहले और बाद में बफर मिश्रण के घटकों की मात्रा का पता लगाकर। मूल समाधान में

उदाहरण 19. घटकों की कुल सांद्रता वाले विलयन की अधिकतम बफर क्षमता के लिए व्यंजक व्युत्पन्न कीजिए।

फेसला।आइए हम उन स्थितियों का पता लगाएं जिनके तहत बफर क्षमता अधिकतम है। ऐसा करने के लिए, हम व्यंजक (2-18) को pH से अलग करते हैं और व्युत्पन्न को शून्य के बराबर करते हैं

इसलिए [H + ] = K a HA और, परिणामस्वरूप, C (HA) = C (A -)।

सूत्रों (2-19) और (2-21) का उपयोग करके, हम प्राप्त करते हैं कि

अम्ल या क्षार के मिश्रण के pH की गणना।मान लें कि विलयन में दो अम्ल HA 1 और HA 2 हैं। यदि एक एसिड दूसरे की तुलना में अधिक मजबूत है, तो लगभग हमेशा कमजोर एसिड की उपस्थिति की उपेक्षा की जा सकती है, क्योंकि इसके पृथक्करण को दबा दिया जाता है। अन्यथा, दोनों एसिड के पृथक्करण को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

यदि HA 1 और HA 2 बहुत कमजोर एसिड नहीं हैं, तो पानी के ऑटोप्रोटोलिसिस की उपेक्षा करते हुए, इलेक्ट्रोन्यूट्रलिटी समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

[एच 3 ओ +] \u003d [ए 1 -] +

आइए HA 1 और HA 2 के पृथक्करण स्थिरांक के व्यंजकों से A 1 - और A 2 1 की साम्यावस्था सांद्रता ज्ञात करें:

आइए हम प्राप्त व्यंजकों को विद्युत तटस्थता समीकरण में प्रतिस्थापित करें

परिवर्तन के बाद हमें मिलता है

यदि अम्लों के वियोजन की मात्रा 5% से अधिक न हो, तो

के मिश्रण के लिए पीअम्ल

इसी प्रकार मोनोबेसिक आधारों के मिश्रण के लिए

(2-21)

कहाँ पे के ए 1और के ए 2 -संयुग्मित अम्लों के पृथक्करण स्थिरांक। व्यवहार में, अधिक बार, शायद, ऐसी स्थितियां होती हैं जब मिश्रण में मौजूद एसिड (बेस) में से एक (एक) दूसरों के पृथक्करण को दबा देता है, और इसलिए, पीएच की गणना करने के लिए, केवल के पृथक्करण को ध्यान में रखना संभव है यह अम्ल (यह क्षार), और बाकी के पृथक्करण की उपेक्षा करता है। लेकिन अन्य स्थितियां भी हो सकती हैं।

उदाहरण 20.मिश्रण के पीएच की गणना करें जिसमें बेंजोइक और एमिनोबेंजोइक एसिड की कुल सांद्रता क्रमशः 0.200 और 0.020 एम है।

फेसला।हालांकि बेंज़ोइक के पृथक्करण स्थिरांक (के ए= 1.62 10 -6 , निरूपित कश्मीर 1)और एमिनोबेंजोइक (के ए = 1.10 10 -5, निरूपित करें K2)एसिड परिमाण के लगभग दो आदेशों से भिन्न होते हैं; एसिड सांद्रता में बड़े अंतर के कारण, दोनों एसिड के पृथक्करण को ध्यान में रखना आवश्यक है। इसलिए, सूत्र (2-20) के अनुसार हम पाते हैं

बफर सॉल्यूशन या बस बफर एक ऐसा सॉल्यूशन है जिसका पीएच कम मात्रा में एसिड या बेस मिलाने पर महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदलता है।

बफर समाधानों को चार प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

एक मजबूत एसिड युक्त बफर समाधान

नाइट्रिक एसिड जैसे किसी भी मजबूत एसिड को कम पीएच बफर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। मजबूत एसिड जलीय घोल में पूरी तरह से अलग हो जाते हैं, और इसलिए उनके समाधान में हाइड्रोनियम आयनों की उच्च सांद्रता होती है। इसलिए किसी प्रबल अम्ल में अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाने से प्रबल अम्ल के विलयन के pH पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

उदाहरण के लिए, यदि 0.1 mol/dm3 की सांद्रता के साथ हाइड्रोक्लोरिक एसिड का 1 cm3 नाइट्रिक एसिड समाधान के 100 cm3 में 0.01 mol/dm3 की सांद्रता के साथ जोड़ा जाता है, तो यह 2.00 से घटकर 1.96 हो जाएगा। 0.04 के पीएच में परिवर्तन को नगण्य माना जा सकता है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड जोड़ने से पहले और बाद में किसी घोल के उपरोक्त पीएच मान की जाँच करने के लिए, समीकरण का उपयोग करें

आइए अब हम 0.1 mol/dm3 से 100 cm3 शुद्ध पानी की सांद्रता वाले घोल को मिलाने के परिणाम के साथ pH में संकेतित नगण्य कमी की तुलना करें। इस मामले में, पीएच 7.00 से 4.00 तक तेजी से गिरता है। स्पष्ट है कि शुद्ध जल बफर विलयन के रूप में कार्य नहीं करता है क्योंकि यह pH को लगभग समान स्तर पर नहीं रखता है। बफर समाधानों की सांद्रता अंजीर में दिखाए गए अनुमापन वक्रों के समतल भागों के अनुरूप होती है। 8.2. अनुमापन वक्रों के इन भागों को बफर क्षेत्र कहा जाता है। बफर क्षेत्र में, पीएच मान एसिड या बेस एकाग्रता में छोटे बदलावों के प्रति असंवेदनशील होते हैं।

एक मजबूत आधार युक्त बफर समाधान

किसी भी मजबूत आधार को उच्च मूल्य के साथ बफर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। ऐसे बफर में एसिड या बेस की थोड़ी मात्रा जोड़ने पर एक नगण्य प्रभाव पड़ता है उदाहरण के लिए, जब हाइड्रोक्लोरिक एसिड का घोल एक एकाग्रता के साथ एक समाधान की एकाग्रता के साथ जोड़ा जाता है। , 12.00 से 11.96 तक परिवर्तन होता है। इस मामले में परिवर्तन केवल 0.04 है। इस परिणाम को समीकरण (6) और संबंध . का उपयोग करके सत्यापित किया जा सकता है

कमजोर एसिड युक्त बफर समाधान

किसी भी कमजोर अम्ल और उसके एक लवण का उपयोग करके 4 से 7 तक के स्थिर मान वाले बफर समाधान प्राप्त किए जा सकते हैं। इस प्रयोजन के लिए, अक्सर एसिटिक एसिड और सोडियम एसीटेट के मिश्रण का उपयोग किया जाता है। जलीय घोल में सोडियम एसीटेट पूरी तरह से आयनित होता है

इसके विपरीत, एसिटिक एसिड केवल आंशिक रूप से आयनित होता है।

जब एसिड जोड़ा जाता है, तो यह संतुलन बाईं ओर शिफ्ट हो जाता है, अतिरिक्त आयनों की सामग्री कम हो जाती है और मूल मूल्य बहाल हो जाता है। बफर समाधान में सोडियम एसीटेट की उपस्थिति आयनों की एक बड़ी आपूर्ति प्रदान करती है जो अतिरिक्त भागों के प्रभाव की भरपाई कर सकती है अम्ल

जब एक आधार जोड़ा जाता है, तो यह हाइड्रोनियम आयनों द्वारा निष्प्रभावी हो जाता है

इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप आयनों को हटाने से संतुलन (7) दाईं ओर शिफ्ट हो जाता है। आयनों की सांद्रता और इसलिए विलयन का मान स्थिर रहता है। बफर विलयन में एसिटिक अम्ल की उपस्थिति असंबद्ध अणुओं की एक बड़ी आपूर्ति प्रदान करती है जो अलग करने में सक्षम होते हैं और इस प्रकार, यदि आवश्यक हो, तो आधार के कुछ हिस्सों को जोड़ने के लिए क्षतिपूर्ति करते हैं।

बफर सॉल्यूशंस की कार्रवाई को सामूहिक कार्रवाई के कानून के आधार पर मात्रात्मक रूप से माना जा सकता है। जैसा कि पिछले खंड में दिखाया गया है, इस कानून को एसिटिक एसिड पृथक्करण संतुलन पर लागू करने से एसिटिक एसिड पृथक्करण स्थिरांक के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति होती है:

इस व्यंजक का लघुगणक लेने से निम्नलिखित परिणाम प्राप्त होते हैं:

जहां बफर समाधान में संबंधित कणों की कुल सांद्रता है। एसिटिक अम्ल का वियोजन स्थिरांक तालिका के बराबर होता है। 8.1)। इसका मतलब है कि एसिटिक एसिड पृथक्करण संतुलन द्वारा वर्णित है

समीकरण (7) को महत्वपूर्ण रूप से बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया गया है। इस कारण से, बफर समाधान में आयनों की कुल मात्रा में एसिटिक एसिड का सापेक्ष योगदान छोटा है। समीकरण (8) में मान लगभग पूरी तरह से नमक के योगदान के कारण होता है, अर्थात। सोडियम एसीटेट, जो आयनों में पूरी तरह से अलग हो जाता है। इसलिए,

चूंकि एसिटिक एसिड बफर समाधान में थोड़ा अलग होता है, संतुलन मिश्रण (7) में एसिड एकाग्रता लगभग बफर समाधान में इसकी प्रारंभिक एकाग्रता के साथ मेल खाता है। यह आपको लिखने की अनुमति देता है

प्राप्त परिणामों को समीकरण (8) में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं

परिणामी संबंध को एक कमजोर अम्ल और उसके नमक से युक्त बफर समाधान के लिए हेंडरसन समीकरण कहा जाता है। इसका उपयोग विभिन्न गणनाओं के लिए किया जा सकता है, अर्थात् गणना के लिए: बफर समाधान;

वांछित मूल्य के साथ बफर समाधान प्राप्त करने के लिए आवश्यक एसिड या नमक की मात्रा

जब इसमें अम्ल या क्षार के छोटे अंश मिलाए जाते हैं तो बफर विलयन में परिवर्तन हो जाता है।

ए) एसिटिक एसिड में कितना सोडियम एसीटेट भंग किया जाना चाहिए, जिसमें बफर समाधान प्राप्त करने के लिए एकाग्रता हो

ख) यह बफर विलयन कैसे बदलेगा यदि किसी विलयन में की सांद्रता हो

a) समीकरण (9) से इसे खोजना आसान है

शर्त के अनुसार और

तालिका के अनुसार। 8.1.

इन सभी मानों को परिणामी समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर प्राप्त होता है

इसलिये,

इसका मतलब है कि एक मोल सोडियम एसीटेट के साथ बफर समाधान प्राप्त करने के लिए एसिटिक एसिड में भंग किया जाना चाहिए।

सोडियम एसीटेट का सापेक्ष दाढ़ द्रव्यमान:

इसलिए, सोडियम एसीटेट के एक मोल का द्रव्यमान है

इस प्रकार, 1.46 ग्राम सोडियम एसीटेट के साथ बफर समाधान प्राप्त करने के लिए एसिटिक एसिड में भंग किया जाना चाहिए।

ख) सांद्रण वाले विलयन के 1 सेमी3 में होता है

0.001 mol यह गठन के साथ प्रतिक्रिया करता है इसलिए, एकाग्रता कम हो जाएगी और एकाग्रता 0.001 mol/dm3 बढ़ जाएगी (मात्रा में मामूली वृद्धि की उपेक्षा की जा सकती है)। इस प्रकार,

इसलिए, जब क्षार को बफर घोल में मिलाया जाता है, तो 0.07 का नगण्य परिवर्तन होना चाहिए।

कमजोर एसिड युक्त बफर समाधान पर विचार करते समय, एक विशेष मामला उत्पन्न होता है। हेंडरसन समीकरण से पता चलता है कि जब नमक की सांद्रता अम्ल सांद्रता के बिल्कुल बराबर होती है, तो बफर घोल उस अम्ल के समान होता है, अर्थात।

उदाहरण के लिए, यदि 0.1 mol/dm3 घोल के 100 cm3 को 0.1 mol/dm3 घोल के 100 cm3 में जोड़ा जाता है, तो परिणामी बफर का pH 25°C पर 4.75 होना चाहिए।

कमजोर आधार वाले बफर समाधान

इसके एक लवण के साथ कमजोर क्षार को मिलाकर 7 से 10 तक के स्थिर मान वाले बफर विलयन प्राप्त किए जा सकते हैं। इस प्रकार का एक विशिष्ट बफर समाधान अमोनिया और अमोनियम क्लोराइड का समाधान है। एक जलीय घोल में, अमोनियम क्लोराइड पूरी तरह से अलग हो जाता है

अमोनिया केवल जल में आंशिक रूप से वियोजित होता है

जब इस बफर विलयन में एक अम्ल मिलाया जाता है, तो यह आयनों द्वारा उदासीन हो जाता है।परिणामस्वरूप, संतुलन (10) दाईं ओर शिफ्ट हो जाता है। यह बदलाव एक निरंतर आयन सांद्रता बनाए रखता है और इसलिए एक स्थिर होता है

जब एक आधार जोड़ा जाता है, संतुलन (10) बाईं ओर शिफ्ट हो जाता है, और OH आयनों की सांद्रता स्थिर बनी रहती है। बफर विलयन में अमोनियम क्लोराइड की उपस्थिति इसमें आयनों की एक बड़ी आपूर्ति प्रदान करती है, जिससे आधार के अतिरिक्त भागों के प्रभाव की भरपाई करना संभव हो जाता है।

एक कमजोर आधार और उसके लवण वाले बफर समाधान के लिए हेंडरसन समीकरण है

बफर अनुप्रयोग

कई तकनीकी प्रक्रियाओं में बफर समाधान एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उनका उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, रंगों, फोटोग्राफिक सामग्री और चमड़े के उत्पादन में सुरक्षात्मक कोटिंग्स के विद्युत रासायनिक अनुप्रयोग में। इसके अलावा, रासायनिक विश्लेषण में और पीएच मीटर के अंशांकन के लिए बफर समाधानों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है (अध्याय 10 देखें)।

कई जैविक और अन्य प्रणालियाँ एक स्थिर पीएच बनाए रखने के लिए उनके पास मौजूद बफर समाधानों पर निर्भर करती हैं। इनमें से कुछ प्रणालियों के लिए सामान्य पीएच मान तालिका में सूचीबद्ध हैं। 8.6. उदाहरण के लिए, मानव शरीर में रक्त का पीएच 7.35 से 7.45 की सीमा में बनाए रखा जाता है, इस तथ्य के बावजूद कि कार्बन डाइऑक्साइड की सामग्री और इसलिए, रक्त में कार्बोनिक एसिड व्यापक रूप से भिन्न हो सकते हैं। रक्त में निहित बफर फॉस्फेट, बाइकार्बोनेट और प्रोटीन का मिश्रण होता है। प्रोटीन बफर 7.4 पर आंसुओं का पीएच बनाए रखते हैं । बैक्टीरियोलॉजिकल अध्ययनों में, बैक्टीरिया को विकसित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कल्चर मीडिया के निरंतर पीएच को बनाए रखने के लिए, बफर समाधानों का उपयोग करना भी आवश्यक है।

तालिका 8.6, कुछ जैविक प्रणालियों और अन्य समाधानों के लिए पीएच मान

परिचय

बफर समाधान (बफर मिश्रण, बफ़र्स) - बफर सिस्टम युक्त समाधान और, परिणामस्वरूप, पीएच को स्थिर स्तर पर बनाए रखने की क्षमता रखते हैं। वे आमतौर पर एक कमजोर एसिड और उसके क्षार धातु नमक को पानी में उचित अनुपात में घोलकर, एक कमजोर एसिड को एक मजबूत क्षार या एक मजबूत एसिड के साथ कमजोर आधार को आंशिक रूप से बेअसर करके और एक पॉलीबेसिक एसिड के लवण के मिश्रण को भंग करके तैयार किया जाता है। इस तरह से तैयार किए गए बफर समाधानों का पीएच मान तापमान के साथ थोड़ा भिन्न होता है। पीएच मानों की श्रेणी जिसमें बफर समाधान में स्थिर बफरिंग गुण होते हैं, पीके ± 1 के भीतर होता है (पीके इसकी संरचना में शामिल कमजोर एसिड के पृथक्करण स्थिरांक का ऋणात्मक दशमलव लघुगणक है)। सबसे प्रसिद्ध बफर समाधान हैं: सेरेनसेन का ग्लाइसिन, वालपोल का एसीटेट, सेरेनसेन का फॉस्फेट, पालिक का बोरेट, माइकलिस का वेरोनल, कोल्थॉफ का कार्बोनेट, ट्रिस बफर, यूनिवर्सल माइकलिस का वेरोनल, आदि।

प्रयोगशाला अभ्यास में, एक निश्चित स्थिर स्तर पर माध्यम की सक्रिय प्रतिक्रिया को बनाए रखने और पीएच (पीएच) निर्धारित करने के लिए बफर समाधान का उपयोग किया जाता है - स्थिर पीएच मानों के साथ मानक समाधान के रूप में, आदि।

बफर मिश्रण

यदि किसी अम्ल या क्षार के विलयन में जल मिलाया जाता है, तो निश्चित रूप से हाइड्रोजन या हाइड्रॉक्सिल आयनों की सांद्रता उसी के अनुसार कम हो जाती है। लेकिन अगर आप एसिटिक एसिड और सोडियम एसीटेट के मिश्रण में या अमोनियम हाइड्रॉक्साइड और अमोनियम क्लोराइड के मिश्रण में एक निश्चित मात्रा में पानी मिलाते हैं, तो इन समाधानों में हाइड्रोजन और हाइड्रॉक्सिल आयनों की सांद्रता नहीं बदलेगी।

कुछ विलयनों का वह गुण जो तनु होने पर हाइड्रोजन आयनों की सान्द्रता को अपरिवर्तित रखता है, साथ ही जब उसमें प्रबल अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाई जाती है, बफरिंग क्रिया कहलाती है।

ऐसे विलयन जिनमें एक साथ कुछ दुर्बल अम्ल और उसका लवण या कुछ दुर्बल क्षार और उसका लवण होता है और बफरिंग प्रभाव होता है, बफर विलयन कहलाते हैं। बफर विलयनों को एक ही नाम के आयनों वाले इलेक्ट्रोलाइट्स के मिश्रण के रूप में माना जा सकता है। विलयन में दुर्बल अम्ल या दुर्बल क्षारक और उनके लवणों की उपस्थिति विलयन के pH पर तनुकरण या अन्य अम्लों और क्षारकों की क्रिया के प्रभाव को कम कर देती है।

ऐसे बफर विलयन CH . के निम्नलिखित मिश्रण हैं 3 COOH + CH 3 C OON a, NH 4 OH + NH 4 Cl, Na 2 CO 3 + NaHCO 3, आदि।

बफर समाधान, जो कमजोर एसिड और उनके लवण के मिश्रण होते हैं, आमतौर पर एक अम्लीय प्रतिक्रिया होती है (पीएच<7). Например, буферная смесь 0,1М раствора СН 3 कॉप + 0.1 एम सीएच समाधान 3 CO ONa का pH = 4.7 है।

बफर समाधान, जो कमजोर आधारों और उनके लवणों के मिश्रण होते हैं, एक नियम के रूप में, एक क्षारीय प्रतिक्रिया (पीएच> 7) होती है। उदाहरण के लिए, 0.1M विलयन का बफर मिश्रणएनएच 4 ओएच + 0.1 एम एन एच 4 सी 1 के समाधान में पीएच = 9.3 है।

एसिड-बेस बफर समाधान

व्यापक अर्थों में, बफर सिस्टम को सिस्टम कहा जाता है जो संरचना में परिवर्तन होने पर एक पैरामीटर का एक निश्चित मान बनाए रखता है। बफर समाधान हो सकते हैं

- अम्ल-क्षार - अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा जोड़कर एक स्थिर pH मान बनाए रखें।

रेडॉक्स - ऑक्सीकरण या कम करने वाले एजेंटों को पेश करते समय सिस्टम की क्षमता को स्थिर रखें।

ज्ञात धातु बफर समाधान जो निरंतर पीएच बनाए रखते हैं।

सभी मामलों में, बफर समाधान एक संयुग्मित जोड़ी है। विशेष रूप से, एसिड-बेस बफर सॉल्यूशंस में संयुग्मित एसिड-बेस पेयर होता है। इन समाधानों का बफरिंग प्रभाव सामान्य प्रकार के एसिड-बेस बैलेंस की उपस्थिति के कारण होता है:

पर एच + + ए -

अम्ल संयुग्म

आधार

बी + एच + ↔ एचएच +

हे संयुग्म युद्ध करना

अम्ल

चूंकि इस खंड में केवल एसिड-बेस बफर समाधान पर विचार किया जाता है, इसलिए हम नाम में "एसिड-बेस" को छोड़कर, उन्हें बफर समाधान कहेंगे।

बफर समाधान ऐसे समाधान होते हैं जो पतला होने पर एक स्थिर पीएच बनाए रखते हैं और थोड़ी मात्रा में एसिड या बेस मिलाते हैं।

बफर सिस्टम का वर्गीकरण

1. दुर्बल अम्लों और उनके लवणों के विलयनों का मिश्रण। उदाहरण के लिए, एसीटेट बफर समाधान।

2. दुर्बल क्षारकों और उनके लवणों के विलयनों का मिश्रण। उदाहरण के लिए, अमोनियम बफर समाधान।

3. प्रतिस्थापन की विभिन्न डिग्री के पॉलीबेसिक एसिड के लवण के घोल का मिश्रण। उदाहरण के लिए, फॉस्फेट बफर समाधान।

4. एम्फोलाइट्स के आयन और अणु। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड और प्रोटीन बफर सिस्टम। आइसोइलेक्ट्रिक अवस्था में होने के कारण, अमीनो एसिड और प्रोटीन बफर नहीं होते हैं। बफरिंग प्रभाव केवल तभी प्रकट होता है जब उनमें एक निश्चित मात्रा में अम्ल या क्षार मिलाया जाता है। इस मामले में, प्रोटीन के दो रूपों का मिश्रण बनता है: ए) एक कमजोर "प्रोटीन एसिड" + इस कमजोर एसिड का नमक; बी) कमजोर "प्रोटीन बेस" + इस कमजोर बेस का नमक। इस प्रकार, इस प्रकार के बफर सिस्टम को पहले या दूसरे प्रकार के बफर सिस्टम के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।

बफर समाधान की पीएच गणना

बफर सिस्टम के पीएच की गणना एसिड-बेस बैलेंस के लिए बड़े पैमाने पर कार्रवाई के कानून पर आधारित है। एक कमजोर एसिड और उसके नमक से युक्त बफर सिस्टम के लिए, जैसे एसीटेट, आयन एकाग्रताएच+ एसिटिक एसिड के संतुलन स्थिरांक से गणना करना आसान है:

सीएच 3 सीओओएच सीएच 3 सीओओ - + एच +

(1).

(1) से यह इस प्रकार है कि हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता बराबर होती है

(2)

सीएच 3 . की उपस्थिति में एसिटिक अम्ल का COONa अम्ल-क्षार संतुलन बाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है। इसलिए, अविभाजित एसिटिक एसिड की एकाग्रता व्यावहारिक रूप से एसिड की एकाग्रता के बराबर होती है, अर्थात। [सीएच 3 COOH] = अम्ल के साथ।

एसीटेट आयनों का मुख्य स्रोत एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट हैसीएच 3 कूना :

सीएच 3 कूना → ना + + सीएच 3 सीओओ -,

इसलिए, यह माना जा सकता है कि [सीएच 3 सीओओ -] = नमक से . की गई धारणाओं को ध्यान में रखते हुए, समीकरण (2) का रूप लेता है:

यहां से, हेंडरसन-हसलबैक समीकरण एक कमजोर एसिड और उसके नमक से युक्त बफर सिस्टम के लिए प्राप्त किया जाता है:

(3)

एक कमजोर आधार और उसके नमक, जैसे अमोनिया से युक्त बफर सिस्टम के लिए, समाधान में हाइड्रोजन आयनों की एकाग्रता की गणना कमजोर आधार के पृथक्करण स्थिरांक से की जा सकती है।

एनएच 3 × एच 2 ओ \u003d एनएच 4 ओएच ↔ एनएच 4 + + ओएच -

(4)

हम आयनों की सांद्रता व्यक्त करते हैंओह- पानी के आयनिक उत्पाद से

(5)

और (4) में प्रतिस्थापित करें।

(6)

(6) से यह इस प्रकार है कि हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता बराबर है

(7)

NH 4 Cl . की उपस्थिति में अम्ल-क्षार संतुलन बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया गया है। इसलिए, असंबद्ध अमोनिया की सांद्रता व्यावहारिक रूप से अमोनिया की सांद्रता के बराबर होती है, अर्थात। [ NH 4 OH] = बेसिक के साथ।

अमोनियम धनायनों का मुख्य स्रोत एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट है NH4Cl:

एनएच 4 सीएल → एनएच 4 + + सीएल -,

इसलिए, यह माना जा सकता है कि [ NH 4 +] = नमक से . की गई धारणाओं को ध्यान में रखते हुए, समीकरण (7) का रूप लेता है:

(8)

यहां से, हेंडरसन-हसलबैक समीकरण एक कमजोर आधार और उसके नमक से युक्त बफर सिस्टम के लिए प्राप्त किया जाता है:

(9)

इसी तरह, आप एक बफर सिस्टम के पीएच की गणना कर सकते हैं जिसमें प्रतिस्थापन के विभिन्न डिग्री के पॉलीबेसिक एसिड के लवण के मिश्रण का मिश्रण होता है, उदाहरण के लिए, फॉस्फेट, जिसमें हाइड्रोफॉस्फेट के घोल का मिश्रण होता है ( Na2HPO4 ) और डाइहाइड्रोफॉस्फेट ( NaH2PO4 ) सोडियम। इसकी क्रिया अम्ल-क्षार संतुलन पर आधारित है:

एच 2 पीओ 4 - ↔ एच + + एचपीओ 4 2-

कमजोर एसिड संयुग्म आधार

(10)

(10) से हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता को व्यक्त करना और निम्नलिखित धारणाएँ बनाना:

[ एच 2 पीओ 4 - ] = सी (एच 2 पीओ 4 - ); [HPO 4 2- ] = c (HPO 4 2- ), हम प्राप्त करते हैं:

(11).

इस व्यंजक का लघुगणक लेते हुए और संकेतों को उलटते हुए, हम फॉस्फेट बफर सिस्टम के पीएच की गणना के लिए हेंडरसन-हसलबैक समीकरण प्राप्त करते हैं

(12),

जहां पीके बी (एच 2 पीओ 4 - ) हदबंदी स्थिरांक का ऋणात्मक दशमलव लघुगणक है

दूसरे चरण में फॉस्फोरिक एसिड; साथ (एच 2 पीओ 4 -) और साथ (एचपीओ 4 2- ), क्रमशः, अम्ल और नमक की सांद्रता।

बफर समाधान के गुण

पतला होने पर बफर विलयनों का पीएच मान अपरिवर्तित रहता है, जैसा कि हेंडरसन-हसलबैक समीकरण से होता है। जब बफर घोल को पानी से पतला किया जाता है, तो मिश्रण के दोनों घटकों की सांद्रता समान संख्या में घट जाती है। इसलिए, पीएच मान नहीं बदलना चाहिए। हालांकि, अनुभव से पता चलता है कि पीएच में कुछ परिवर्तन, हालांकि नगण्य है, होता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि हेंडरसन-हसलबैक समीकरण अनुमानित है और इंटरियोनिक इंटरैक्शन को ध्यान में नहीं रखता है। सटीक गणना को संयुग्मित एसिड और बेस के गतिविधि गुणांक में परिवर्तन को ध्यान में रखना चाहिए।

जब अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाई जाती है तो बफर विलयन पीएच को थोड़ा बदल देते हैं। एक मजबूत एसिड या मजबूत आधार की थोड़ी मात्रा में जोड़े जाने पर बफर समाधानों की निरंतर पीएच बनाए रखने की क्षमता इस तथ्य पर आधारित होती है कि बफर समाधान का एक घटक एच के साथ बातचीत कर सकता है+ जोड़ा एसिड, और दूसरा OH . के साथ- जोड़ा आधार। नतीजतन, बफर सिस्टम दोनों को बांध सकता हैएच + और ओएच - और पीएच मान की स्थिरता बनाए रखने के लिए एक निश्चित सीमा तक। आइए हम इसे एक फॉर्मेट बफर सिस्टम के उदाहरण का उपयोग करके प्रदर्शित करते हैं, जो एक संयुग्मित एसिड-बेस जोड़ी हैएचसीओओएच/एचसीओओ- . एक प्रारूप बफर समाधान में संतुलन को समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

HCOOH HCOO-+H+

जब एक मजबूत एसिड जोड़ा जाता है, तो संयुग्म आधारएचसीओओ- जोड़े गए आयनों को बांधता हैएच+ कमजोर फॉर्मिक एसिड में बदलना:

एचसीओओ - + एच + एचसीओओएच

ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, संतुलन बाईं ओर शिफ्ट हो जाता है।

जब एक क्षार जोड़ा जाता है, तो फॉर्मिक एसिड प्रोटॉन जोड़े गए OH आयनों को बांधते हैं- पानी के अणुओं में:

एचसीओओएच + ओएच - → एचसीओओ - + एच 2 ओ

ले चेटेलियर के अनुसार अम्ल-क्षार संतुलन दाईं ओर शिफ्ट हो जाता है।

दोनों ही मामलों में, अनुपात में छोटे बदलाव होते हैंएचसीओओएच/एचसीओओ- , लेकिन इस अनुपात का लघुगणक थोड़ा बदलता है। नतीजतन, समाधान का पीएच भी थोड़ा बदल जाता है।

बफर कार्रवाई का सार

बफर समाधानों की क्रिया इस तथ्य पर आधारित है कि बफर मिश्रण के अलग-अलग घटक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स बनाने के लिए एसिड और बेस के हाइड्रोजन या हाइड्रॉक्सिल आयनों को बांधते हैं। उदाहरण के लिए, यदि एक कमजोर एसिड युक्त बफर समाधान HAएन और इस अम्ल का नमककेटी ए न , क्षार जोड़ें, तो एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट-पानी के गठन की प्रतिक्रिया होगी:

एच + + ओएच → एच 2 ओ

इसलिए, यदि एक क्षार को एसिड युक्त बफर समाधान में जोड़ा जाता है, तो एसिड HA के इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण के दौरान बनने वाले हाइड्रोजन आयनएन , एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट-पानी बनाने, अतिरिक्त क्षार के हाइड्रॉक्सिल आयनों से बांधें। एसिड HA . के बाद के पृथक्करण के कारण खर्च किए गए हाइड्रोजन आयनों के बजायएन , नए हाइड्रोजन आयन दिखाई देते हैं। नतीजतन, एच . की पूर्व एकाग्रता+ - बफर समाधान में आयनों को उनके मूल मूल्य पर बहाल किया जाएगा।

यदि निर्दिष्ट बफर मिश्रण में एक मजबूत एसिड मिलाया जाता है, तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया होगी:

एच + + ए एन - → ऑन एन

वे। और n - - नमक K . के इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण के दौरान बनने वाले आयनटी ए नहीं , जोड़े गए एसिड के हाइड्रोजन आयनों के साथ मिलकर एक कमजोर एसिड के अणु बनाते हैं। इसलिए, बफर मिश्रण में जोड़े गए मजबूत एसिड से हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता व्यावहारिक रूप से नहीं बदलेगी। अन्य बफर मिश्रणों के प्रभाव को इसी तरह समझाया जा सकता है।

बफर समाधान में पीएच मान

अनुपात बदलकर और आप बफ़र प्राप्त कर सकते हैं

समाधान जो उनके न्यूनतम संभव मूल्यों से पीएच में एक सहज परिवर्तन में भिन्न होते हैं। दुर्बल अम्ल के जलीय विलयन में

[एच +] = के हान * सी हन

कहाँ पे

पीएच = - एलजी [ Н + ] = - - लॉग के एचएएन - - लॉग सी एचएएन

लेकिन के हनी के बाद से एक स्थिर मान है, इसे फॉर्म में प्रस्तुत करना सबसे अच्छा हैपीके हनो वे। इलेक्ट्रोलाइटिक पृथक्करण स्थिरांक का संकेतक:पीके हान = - के हान लॉग करें।

तब हम इसे एक कमजोर अम्ल के जलीय घोल में प्राप्त करते हैं:

पीएच = - लॉग [एच +] = - - पीके हान - - पीसी हन

जैसे ही एक कमजोर अम्ल को उसके नमक के जलीय घोल में मिलाया जाता है, घोल का pH बदल जाएगा।

समीकरण के अनुसार, एक कमजोर अम्ल और उसके नमक के मिश्रण वाले घोल में [Н+ ] = के हनो

तब

पीएच \u003d - एलजी [एच +] \u003d - एलजी के हान - एलजी सी हन + एलजी सी केटी ए एन।

इसी तरह, हम कमजोर आधारों के लिए सूत्र प्राप्त करते हैं:

[ओएच] = KKtOH * CKtOH

पीओएच = - लॉग [ओएच] = - - लॉग के के केटीओएच - - लॉग सी केटीओएच

हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता निम्न सूत्र द्वारा भी व्यक्त की जाती है [H+ ] = , तो

पीएच = पीके डब्ल्यू - (- पीके केटीओएच - - एलजी सी केटीओएच)

समीकरण के अनुसार, एक कमजोर आधार और उसके नमक के मिश्रण वाले घोल में

[एच+]=

टी । इ ।

पीएच \u003d - लॉग [एच +] \u003d - लॉग के डब्ल्यू + लॉग के केटीओएच - लॉगसी केटी ए एन + लॉग सी केटीओएच।

सूत्र से प्राप्त pH मानों को याद रखने की कोई आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे [H] के मान को व्यक्त करने वाले सरल सूत्रों का लघुगणक लेकर बहुत आसानी से व्युत्पन्न होते हैं+ ].

बफ्फर क्षमता

निरंतर पीएच मान बनाए रखने के लिए बफर समाधान की क्षमता असीमित नहीं है और बफर समाधान की गुणात्मक संरचना और इसके घटकों की एकाग्रता पर निर्भर करती है। जब एक मजबूत अम्ल या क्षार की महत्वपूर्ण मात्रा को बफर समाधान में जोड़ा जाता है, तो पीएच में ध्यान देने योग्य परिवर्तन देखा जाता है। इसके अलावा, विभिन्न बफर मिश्रणों के लिए, संरचना में एक दूसरे से भिन्न, संरचना में एक दूसरे से भिन्न, बफर प्रभाव समान नहीं होता है। इसलिए, बफर मिश्रण को समान मात्रा में और एक निश्चित एकाग्रता में बफर समाधान में पेश किए गए एसिड और क्षार की कार्रवाई के प्रतिरोध की ताकत से अलग किया जा सकता है। एक निश्चित सांद्रता के अम्ल या क्षार की सीमित मात्रा (mol / l या g-eq / l में), जिसे बफर घोल में जोड़ा जा सकता है ताकि इसका pH मान केवल एक इकाई से बदल जाए, बफर क्षमता कहलाती है।

यदि मान [एच + ] एक बफर विलयन में परिवर्तन होता है जब एक प्रबल अम्ल [Н . के मान से कम जोड़ा जाता है+ ] एक और बफर समाधान जब समान मात्रा में एसिड मिलाते हैं, तो पहले मिश्रण में अधिक बफर क्षमता होती है। उसी बफर समाधान के लिए, बफर क्षमता जितनी बड़ी होगी, उसके घटकों की सांद्रता उतनी ही अधिक होगी।

प्रबल अम्लों और क्षारों के विलयनों के बफर गुण।

पर्याप्त उच्च सांद्रता पर प्रबल अम्लों और क्षारकों के विलयनों का भी बफरिंग प्रभाव होता है। इस मामले में संयुग्म प्रणाली H . हैं 3 ओ + / एच 2 ओ - मजबूत एसिड और ओएच के लिए- /एन 2 ओ - मजबूत ठिकानों के लिए। मजबूत अम्ल और क्षार जलीय घोल में पूरी तरह से अलग हो जाते हैं और इसलिए हाइड्रोनियम आयनों की उच्च सांद्रता की विशेषता होती है।या हाइड्रॉक्सिल आयन। अतः उनके विलयन में प्रबल अम्ल या प्रबल क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाने से विलयन के pH पर नगण्य प्रभाव पड़ता है।

बफर समाधान की तैयारी

1. संगत फिक्सनल्स के वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में कमजोर पड़ना।

2. हेंडरसन-हैसलबैक समीकरण के अनुसार परिकलित उपयुक्त संयुग्मित अम्ल-क्षार युग्मों की मात्रा का मिश्रण।

3. प्रबल क्षार के साथ दुर्बल अम्ल का आंशिक उदासीनीकरण या प्रबल अम्ल के साथ दुर्बल क्षारक।

चूंकि बफरिंग गुण बहुत कमजोर होते हैं यदि एक घटक की सांद्रता दूसरे की सांद्रता से 10 गुना या अधिक भिन्न होती है, तो बफर समाधान अक्सर दोनों घटकों के समान सांद्रता के घोल को मिलाकर या एक अभिकर्मक की उचित मात्रा में जोड़कर तैयार किए जाते हैं। एक घटक का समाधान, संयुग्मित रूप के समान एकाग्रता के गठन के लिए अग्रणी। संदर्भ साहित्य में विभिन्न पीएच मानों के लिए बफर समाधान तैयार करने के लिए विस्तृत व्यंजन हैं।

रासायनिक विश्लेषण में बफर समाधान का अनुप्रयोग

बफर समाधान व्यापक रूप से उन मामलों में रासायनिक विश्लेषण में उपयोग किए जाते हैं, जहां प्रयोग की शर्तों के अनुसार, रासायनिक प्रतिक्रिया को सटीक पीएच मान को बनाए रखते हुए आगे बढ़ना चाहिए जो समाधान पतला होने पर या जब अन्य अभिकर्मकों को इसमें जोड़ा जाता है तो नहीं बदलता है। उदाहरण के लिए, सल्फाइड, हाइड्रॉक्साइड, कार्बोनेट, क्रोमेट्स, फॉस्फेट आदि की वर्षा के दौरान ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रिया करते समय।

विश्लेषण उद्देश्यों के लिए उनके उपयोग के कुछ मामले यहां दिए गए हैं:

एसीटेट बफर समाधान (CH3COOH + CH 3 सीओओ ना ; पीएच \u003d 5) का उपयोग उन अवक्षेपों की वर्षा के लिए किया जाता है जो अम्लीय या क्षारीय घोल में अवक्षेपित नहीं होते हैं। एसिड के हानिकारक प्रभाव को सोडियम एसीटेट द्वारा दबा दिया जाता है, जो एक मजबूत एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है। उदाहरण के लिए:

एचसी1 + सीएच 3 सीओओ एन ए → सीएच 3 सीओओएच + ना सी1

या आयनिक रूप में

एच + + सीएच 3 सीओओ → सीएच 3 सीओओएच।

अमोनिया-अमोनियम बफर विलयन (एन एच 4 ओएच + एन एच 4 सी1; पीएच = 9) का उपयोग बेरियम, स्ट्रोंटियम, कैल्शियम कार्बोनेट की वर्षा और मैग्नीशियम आयनों से उनके पृथक्करण में किया जाता है; निकल, कोबाल्ट, जस्ता, मैंगनीज और लौह सल्फाइड की वर्षा के दौरान; साथ ही एल्यूमीनियम, क्रोमियम, बेरिलियम, टाइटेनियम, ज़िरकोनियम, लोहा, आदि के हाइड्रॉक्साइड के अलगाव में।

बफर सॉल्यूशन (HCOOH + HCOO .) ​​तैयार करेंएन ए; pH = 2) का उपयोग निम्न रूप में अवक्षेपित जिंक आयनों के पृथक्करण में किया जाता है ZnS कोबाल्ट, निकल, मैंगनीज, लोहा, एल्यूमीनियम और क्रोमियम आयनों की उपस्थिति में।

फॉस्फेट बफर समाधान (एन ए 2 एचपीओ 4 + एन एएच 2 आरओ; पीएच = 8) का उपयोग कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को करने में किया जाता है।

विश्लेषण के लिए बफर मिश्रण का सफलतापूर्वक उपयोग करने के लिए, यह याद रखना चाहिए कि प्रत्येक बफर मिश्रण विश्लेषण के लिए उपयुक्त नहीं है। इसके उद्देश्य के आधार पर बफर मिश्रण का चयन किया जाता है। इसे एक निश्चित गुणात्मक संरचना को संतुष्ट करना चाहिए, और इसके घटकों को निश्चित मात्रा में समाधान में मौजूद होना चाहिए, क्योंकि बफर मिश्रण का प्रभाव उनके घटकों की एकाग्रता के अनुपात पर निर्भर करता है।

उपरोक्त को तालिका के रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है।

परख में प्रयुक्त बफर समाधान

बफर मिश्रण	मिश्रण की संरचना (1:1 के दाढ़ अनुपात पर)	पीएच
वह स्वरूप	फॉर्मिक एसिड और सोडियम फॉर्मेट
बेंजोएट	बेंजोइक एसिड और अमोनियम बेंजोएट
एसीटेट	एसिटिक एसिड और सोडियम एसीटेट
फास्फेट	एक-प्रतिस्थापित और अप्रतिस्थापित सोडियम फॉस्फेट
अमोनियम	अमोनियम हाइड्रॉक्साइड और अमोनियम क्लोराइड

धातु द्वारा हाइड्रोजन के विभिन्न प्रतिस्थापन के साथ एसिड लवण के मिश्रण का भी बफरिंग प्रभाव होता है। उदाहरण के लिए, डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट और सोडियम हाइड्रोजन फॉस्फेट के बफर मिश्रण में, पहला नमक एक कमजोर एसिड की भूमिका निभाता है, और दूसरा इसके नमक की भूमिका निभाता है।

एक कमजोर एसिड और उसके नमक की एकाग्रता को बदलकर, निर्दिष्ट पीएच मानों के साथ बफर समाधान प्राप्त करना संभव है।

जटिल बफर सिस्टम जानवरों और पौधों के जीवों में भी काम करते हैं, रक्त, लसीका और अन्य तरल पदार्थों के निरंतर पीएच को बनाए रखते हैं। मिट्टी में बफरिंग गुण भी होते हैं, जो बाहरी कारकों का प्रतिकार करते हैं जो मिट्टी के घोल के पीएच को बदलते हैं, उदाहरण के लिए, जब मिट्टी में अम्ल या क्षार डाले जाते हैं।

निष्कर्ष

तो, बफर समाधान को समाधान कहा जाता है जो समर्थन करता हैतनु होने पर स्थिर pH मान और अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाई जाती है। बफर समाधान की एक महत्वपूर्ण संपत्ति समाधान पतला होने पर निरंतर पीएच मान बनाए रखने की उनकी क्षमता है। अम्ल और क्षार के विलयन को बफर विलयन नहीं कहा जा सकता, क्योंकि जब पानी से पतला किया जाता है, तो घोल का pH बदल जाता है। सबसे प्रभावी बफर समाधान एक कमजोर एसिड और उसके नमक या कमजोर आधार और उसके नमक के समाधान से तैयार किए जाते हैं।

बफर विलयनों को एक ही नाम के आयनों वाले इलेक्ट्रोलाइट्स के मिश्रण के रूप में माना जा सकता है। कई तकनीकी प्रक्रियाओं में बफर समाधान एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उनका उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, रंगों, चमड़े, फोटोग्राफिक सामग्री के उत्पादन में सुरक्षात्मक कोटिंग्स के विद्युत रासायनिक अनुप्रयोग में। रासायनिक विश्लेषण में और पीएच मीटर के अंशांकन के लिए बफर समाधान व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

कई जैविक तरल पदार्थ बफर समाधान हैं। उदाहरण के लिए, मानव शरीर में रक्त का पीएच 7.35 और 7.45 के बीच बना रहता है; गैस्ट्रिक रस 1.6 से 1.8 तक; लार 6.35 से 6.85 तक। ऐसे समाधानों के घटक कार्बोनेट, फॉस्फेट और प्रोटीन हैं। बैक्टीरियोलॉजिकल अध्ययनों में, बैक्टीरिया की खेती के लिए बफर सॉल्यूशंस के उपयोग की भी आवश्यकता होती है।

प्रतिक्रिया दें संदर्भ

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