Buffer Solutions အကြောင်း ဆွေးနွေးခြင်းဆိုင်ရာ နမူနာမေးခွန်းများ
buffer solution တစ်ခု၊ buffer လို့လည်း ခေါ်လေ့ရှိပြီး အက်ဆစ်ပြင်း သို့မဟုတ် ဘေ့စ် အနည်းငယ်ထည့်လိုက်ရင်တောင် pH ကို ထိန်းထားပေးတဲ့ solution တစ်ခုပါ။ ဒီစွမ်းရည်က buffer solution တွေကို ဓာတုဗေဒ၊ ဇီဝဗေဒနဲ့ စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး အသုံးချမှုတွေမှာတောင် အရေးပါစေပါတယ်။ ဒီဆောင်းပါးမှာ ဥပမာအချို့ကို လေ့လာပြီး buffer solution တွေကို ဆွေးနွေးပါမယ်။
Buffer Solutions ကို နားလည်ခြင်း
ဘာဖာပျော်ရည်များတွင် ယေဘုယျအားဖြင့် အားနည်းသောအက်ဆစ်နှင့် ၎င်း၏ပေါင်းစပ်အခြေခံ သို့မဟုတ် အားနည်းသောအခြေခံနှင့် ၎င်း၏ပေါင်းစပ်အက်ဆစ် ရောစပ်ထားခြင်းဖြစ်သည်။ ဤပျော်ရည်များထဲသို့ အက်ဆစ် သို့မဟုတ် အခြေခံကိုထည့်သောအခါ၊ ရလဒ်တုံ့ပြန်မှုသည် ပျော်ရည်၏ pH ကို သတ်မှတ်ထားသောအပိုင်းအခြားအတွင်း ထိန်းသိမ်းရန် ကူညီပေးသည်။ ဤအခြေအနေတွင် pH သည် ပျော်ရည်၏ အက်ဆစ်ဓာတ် သို့မဟုတ် အယ်ကာလီဓာတ်ကို တိုင်းတာခြင်းဖြစ်သည်။
Buffer Solutions ရဲ့ လုပ်ဆောင်ချက်နဲ့ အရေးပါမှု
Buffer solution များသည် နယ်ပယ်အသီးသီးတွင် အရေးပါသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်ပါသည်။
၁။ ဇီဝဓာတုဗေဒ- အင်ဇိုင်းနှင့် ဇီဝကမ္မဗေဒဆိုင်ရာ တုံ့ပြန်မှုများစွာသည် သတ်မှတ်ထားသော pH တွင် ဖြစ်ပေါ်လေ့ရှိသောကြောင့်၊ ကြားခံအရည်များသည် အကောင်းဆုံးအခြေအနေများကို ထိန်းသိမ်းရာတွင် အထောက်အကူပြုသည်။
၂။ စက်မှုလုပ်ငန်း- အစားအသောက်နှင့် ဆေးဝါးလုပ်ငန်းများတွင်၊ သင့်လျော်သော pH ထိန်းချုပ်မှုသည် ထုတ်ကုန်အရည်အသွေးနှင့် ဘေးကင်းရေးအတွက် အရေးကြီးပါသည်။
၃။ ဓာတုဗေဒစမ်းသပ်မှုများ- ဓာတ်ခွဲခန်းတွင်၊ ဓာတုဓာတ်ပြုမှုများအတွင်း pH ကို ထိန်းချုပ်ရန် ဘာဖာအရည်များကို အသုံးပြုသည်။
Buffer Solution တွေ ဘယ်လိုအလုပ်လုပ်လဲ
ဘာဖာပျော်ရည်များသည် မျှခြေနိယာမပေါ်တွင် အလုပ်လုပ်သည်။ အက်ဆစ်အားနည်း (HA) နှင့် ၎င်း၏ ပေါင်းစပ်အခြေခံဆား (A^-) ပါဝင်သော ပျော်ရည်အတွက်၊ အက်ဆစ် သို့မဟုတ် ဘေ့စ် အနည်းငယ်ထည့်ခြင်းသည် (H^+) အိုင်းယွန်းများ၏ အာရုံစူးစိုက်မှုတွင် ကြီးမားသောပြောင်းလဲမှုမရှိဘဲ ရွေ့လျားမှုတုံ့ပြန်မှုကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။
နမူနာမေးခွန်းများနှင့် ဆွေးနွေးချက်
ပိုမိုနားလည်နိုင်ရန်အတွက် buffer solutions နှင့် ဆက်စပ်သော မေးခွန်းများနှင့် ဆွေးနွေးမှုအချို့ကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာကြည့်ကြပါစို့။
မေးခွန်း ၁: အက်ဆစ်ဘာဖာအရည်၏ pH တွက်ချက်ခြင်း
မေးခွန်း:
အက်စီတစ်အက်ဆစ် (CH₃COOH) ၀.၁ မိုလ်နှင့် ဆိုဒီယမ်အက်စီတိတ် (CH₃COONa) ၀.၁ မိုလ်တို့ကို ပျော်ရည် ၁ လီတာတွင် ရောစပ်ခြင်းဖြင့် ဘာဖာပျော်ရည် ပြုလုပ်ထားသည်။ အက်စီတစ်အက်ဆစ် (\( K_a \)) ၏ ကွဲထွက်ကိန်းမှာ \( 1,8 \x 10^{-5} \) ဖြစ်သည်။ ပျော်ရည်၏ pH ကို တွက်ချက်ပါ။
ဆွေးနွေးချက်:
ဤဘာဖာအရည်တွင် အားနည်းသောအက်ဆစ် (CH₃COOH) နှင့် ၎င်း၏ ပေါင်းစပ်အခြေခံ (CH₃COO⁻) တို့ ပါဝင်သည်။ ဘာဖာအရည်၏ pH ကို တွက်ချက်ရန် Henderson-Hasselbalch ညီမျှခြင်းကို အသုံးပြုနိုင်ပါသည်။
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
ဘယ်နေရာ:
\[ \text{p}K_a = -\log (K_a) \]
\[ \text{p}K_a = -\log (၁.၈ x ၁၀^{-၅}) \]
\[ \text{p}K_a \ခန့်မှန်းခြေ ၄.၇၄ \]
\( [A^-] \) နှင့် \( [HA] \) တို့၏ ပြင်းအားများသည် အတူတူပင် (0,1 M) ဖြစ်သောကြောင့်-
\[ \text{pH} = ၄.၇၄ + \log \left( \frac{[0,1]}{[0,1]} \right) \]
\[ pH = ၄.၇၄ + log(1) \]
\[ \text{pH} = 4,74 \]
ဒါကြောင့် buffer solution ရဲ့ pH ဟာ 4,74 ဖြစ်ပါတယ်။
မေးခွန်း ၂: ဘာဖာအရည်ထဲသို့ အက်ဆစ်ထည့်ခြင်း
မေးခွန်း:
မေးခွန်း ၁ မှ buffer solution ၁ လီတာထဲသို့ HCl ၀.၀၁ mol ထည့်ပါက pH ပြောင်းလဲမှုကား အဘယ်နည်း။
ဆွေးနွေးချက်:
HCl ထည့်လိုက်ခြင်းအားဖြင့် ပျော်ရည်တွင် \(H^+ \) ၏ ပါဝင်မှုကို တိုးစေပါသည်။ ဖြစ်ပေါ်လာသော ဓာတ်ပြုမှုမှာ အောက်ပါအတိုင်းဖြစ်သည်။
\[ \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} \]
\(H^+ \) ရဲ့ မိုလ်ဘယ်နှစ်ခုရှိပြီး ဒါက \(\text{CH}_3\text{COOH} \) နဲ့ \(\text{CH}_3\text{COO}^- \) ရဲ့ ပါဝင်မှုကို ဘယ်လိုအကျိုးသက်ရောက်စေလဲဆိုတာကို တွက်ချက်ဖို့ လိုအပ်ပါတယ်။
အစပိုင်းတွင်-
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
HCl ၀.၀၁ မော်လီကျူး ထည့်ပြီးနောက်-
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
pH အသစ်ကို တွက်ချက်ရန် Henderson-Hasselbalch ညီမျှခြင်းကို အသုံးပြုပါ။
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = ၄.၇၄ + \log \left( \frac{0,09}{0,11} \right) \]
\[ pH = ၄.၇၄ + log(0,818) \]
\[ pH = ၄.၇၄ + (-၀.၀၈၈) \]
\[ \text{pH} = 4,65 \]
ဒါကြောင့် HCl ထည့်ပြီးနောက် buffer solution ရဲ့ pH ဟာ 4,74 ကနေ 4,65 ကို ပြောင်းလဲသွားပါလိမ့်မယ်။
မေးခွန်း ၃: Buffer Solution သို့ Base ထည့်သွင်းခြင်း
မေးခွန်း:
မေးခွန်း ၁ မှ ဘာဖာအရည် ၁ လီတာထဲသို့ NaOH ၀.၀၁ မိုလ်ထည့်ပါက pH ပြောင်းလဲမှုကား အဘယ်နည်း။
ဆွေးနွေးချက်:
NaOH ထည့်လိုက်ခြင်းအားဖြင့် NaOH မှ OH⁻ မှ ပျော်ရည်တွင် H⁺ ၏ ပါဝင်မှုကို လျော့ကျစေပါသည်။ ဖြစ်ပေါ်လာသော ဓာတ်ပြုမှုမှာ-
\[ \text{OH}^- + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \]
အစပိုင်းတွင်-
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
NaOH ၀.၀၁ မော်လီကျူး ထည့်ပြီးနောက်
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
pH အသစ်ကို တွက်ချက်ရန် Henderson-Hasselbalch ညီမျှခြင်းကို အသုံးပြုပါ။
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = ၄.၇၄ + \log \left( \frac{0,11}{0,09} \right) \]
\[ pH = ၄.၇၄ + log(1,222) \]
\[ pH = ၄.၇၄ + ၀.၀၈၇ \]
\[ \text{pH} = 4,83 \]
ဒါကြောင့် NaOH ထည့်ပြီးနောက် buffer solution ရဲ့ pH ဟာ 4,74 မှ 4,83 သို့ ပြောင်းလဲသွားပါတယ်။
မေးခွန်း ၄: pH အတိအကျဖြင့် ဘာဖာဖွဲ့စည်းမှုကို ဆုံးဖြတ်ခြင်း
မေးခွန်း:
အက်စီတစ်အက်ဆစ် (CH₃COOH) နှင့် ဆိုဒီယမ်အက်စီတိတ် (CH₃COONa) ကိုအသုံးပြု၍ pH 5,0 ရှိသော buffer solution ၁ လီတာပြုလုပ်ရန်၊ အစိတ်အပိုင်းတစ်ခုစီ၏ မိုလ်မည်မျှလိုအပ်သနည်း။ အက်စီတစ်အက်ဆစ်၏ \(K_a \) သည် \(1,8 \x10^{-5} \) ဖြစ်သည်။
ဆွေးနွေးချက်:
Henderson-Hasselbalch ညီမျှခြင်းကို အသုံးပြုပါ-
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
ပထမဦးစွာ pKₐ ကို တွက်ချက်ပါ-
\[ \text{p}K_a = -\log (၁.၈ x ၁၀^{-၅}) \]
\[ \text{p}K_a \ခန့်မှန်းခြေ ၄.၇၄ \]
ထို့နောက် လိုချင်သော pH တန်ဖိုးကို ရိုက်ထည့်ပါ။
\[ ၅.၀ = ၄.၇၄ + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ ၀.၂၆ = \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
လော့ဂရစ်သမ်၏ ဂုဏ်သတ္တိများကို အသုံးပြုခြင်း-
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} = 10^{0,26} \]
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} \approx 1,82 \]
ဆိုလိုသည်မှာ CH₃COOH ၁ မိုလ်တိုင်းအတွက် CH₃COONa ၁.၈၂ မိုလ် လိုအပ်ပါသည်။ ဤအချိုးအတွက် ၁ လီတာတွင်-
ဥပမာအားဖြင့် CH₃COOH = x mol ဟုဆိုကြပါစို့၊ ထို့ကြောင့် CH₃COONa = 1,82x mol။ စုစုပေါင်း ထုထည်မှာ (x + 1.82x) = 2,82x mol ဖြစ်သည်၊ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် ကျွန်ုပ်တို့သည် ဘာဖာ 1 လီတာ ပြုလုပ်နေသောကြောင့်ဖြစ်သည်-
\[ x + 1.82 x = 1 \]
\[ ၃x = ၅ \]
\[ x = \frac{1}{2.82} \approx 0.355 \]
ဒါကြောင့် လိုအပ်တဲ့ ဖွဲ့စည်းပုံကတော့ -
– CH₃COOH: 0,355 mol
– CH₃COONa: 1,82 0,355 ≈ 0,646 mol
ထို့ကြောင့် pH 5,0 ရှိသော buffer solution ၁ လီတာ ပြုလုပ်ရန် acetic acid 0,355 mol နှင့် sodium acetate 0,646 mol လိုအပ်ပါသည်။
ဤဆောင်းပါးသည် ဤသဘောတရားကို ပိုမိုနက်ရှိုင်းစွာ နားလည်နိုင်စေရန်အတွက် buffer solution များနှင့် ဆက်စပ်သော ပြဿနာအမျိုးမျိုးနှင့် ၎င်းတို့၏ ဆွေးနွေးချက်များကို တင်ပြထားပါသည်။ ဤအချက်အလက်သည် buffer solution များ မည်သို့အလုပ်လုပ်ပုံနှင့် ၎င်းတို့၏ အသုံးချမှုများကို မတူညီသော အခြေအနေများတွင် နားလည်ရန် အထောက်အကူဖြစ်စေမည်ဟု မျှော်လင့်ပါသည်။
