Намунаҳои саволҳо дар бораи ҳалли буферӣ
Маҳлули буферӣ, ки аксар вақт буфер номида мешавад, маҳлулест, ки ҳатто ҳангоми илова кардани миқдори ками кислота ё асосҳои қавӣ рН-и худро нигоҳ медорад. Ин қобилият маҳлулҳои буфериро дар барномаҳои гуногуни кимиёвӣ, биологӣ ва ҳатто саноатӣ муҳим мегардонад. Дар ин мақола, мо баъзе мисолҳоро меомӯзем ва маҳлулҳои буфериро баррасӣ мекунем.
Фаҳмидани ҳалли буферӣ
Маҳлулҳои буферӣ одатан аз омехтаи кислотаи заиф ва асоси конъюгати он ё асоси заиф ва кислотаи конъюгати он иборатанд. Вақте ки ба ин маҳлулҳо кислота ё асос илова карда мешавад, реаксияи ҳосилшуда барои нигоҳ доштани рН-и маҳлул дар доираи муайян мусоидат мекунад. Дар ин замина, рН ченаки туршӣ ё ишқории маҳлул аст.
Вазифа ва аҳамияти ҳалли буферӣ
Ҳалли буферӣ дар соҳаҳои гуногун нақши муҳим дорад:
1. Биохимия: Бисёре аз реаксияҳои ферментативӣ ва физиологӣ дар рН-и муайян ба амал меоянд, аз ин рӯ маҳлулҳои буферӣ барои нигоҳ доштани шароити оптималӣ мусоидат мекунанд.
2. Саноат: Дар саноати хӯрокворӣ ва дорусозӣ, назорати дурусти рН барои сифат ва бехатарии маҳсулот муҳим аст.
3. Таҷрибаҳои кимиёвӣ: Дар лаборатория, маҳлулҳои буферӣ барои назорат кардани рН ҳангоми реаксияҳои кимиёвӣ истифода мешаванд.
Чӣ тавр ҳалли буферӣ кор мекунад
Маҳлулҳои буферӣ бар асоси принсипи мувозинат кор мекунанд. Барои маҳлуле, ки аз кислотаи заиф (HA) ва намаки асоси пайвастшудаи он (A^- \) иборат аст, илова кардани миқдори ками кислота ё асос реаксияи ҷойивазкуниро бе тағироти назаррас дар консентратсияи ионҳои (H^+ \) ба вуҷуд меорад.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокима
Барои фаҳмидани минбаъдаи он, биёед баъзе саволҳо ва муҳокимаҳои марбут ба ҳалли буфериро таҳлил кунем.
Саволи 1: Ҳисоб кардани рН-и маҳлули буфери кислота
Савол:
Маҳлули буферӣ бо роҳи омехта кардани 0,1 мол кислотаи сирко (CH₃COOH) бо 0,1 мол ацетати натрий (CH₃COONa) дар 1 литр маҳлул тайёр карда мешавад. Константаи диссотсиатсияи кислотаи сирко (\( K_a \)) \( 1,8 \times 10^{-5} \) аст. РН-и маҳлулро ҳисоб кунед.
Муҳокима:
Ин маҳлули буферӣ аз кислотаи заиф (CH₃COOH) ва асоси конъюгати он (CH₃COO⁻) иборат аст. Мо метавонем барои ҳисоб кардани рН-и маҳлули буферӣ аз муодилаи Ҳендерсон-Ҳасселбалх истифода барем:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Дар куҷо:
\[ \text{p}K_a = -\log (K_a) \]
\[ \text{p}K_a = -\log (1,8 \times 10^{-5}) \]
\[ \text{p}K_a \тақрибан 4,74 \]
Азбаски консентратсияҳои \( [A^-] \) ва \( [HA] \) якхелаанд (0,1 M):
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{[0,1]}{[0,1]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(1) \]
\[ \text{pH} = 4,74 \]
Пас, рН-и маҳлули буферӣ 4,74 аст.
Саволи 2: Илова кардани кислота ба маҳлули буферӣ
Савол:
Агар ба 1 литр маҳлули буферӣ аз саволи 1 0,01 мол HCl илова карда шавад, тағирёбии рН чӣ гуна аст?
Муҳокима:
Илова кардани HCl консентратсияи \(H^+ \)-ро дар маҳлул зиёд мекунад. Реаксияе, ки ба амал меояд, чунин аст:
\[ \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH} \]
Мо бояд ҳисоб кунем, ки чанд моли \(H^+ \) ва он чӣ гуна ба консентратсияи \( \text{CH}_3\text{COOH} \) ва \( \text{CH}_3\text{COO}^- \) таъсир мерасонад.
Дар аввал:
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
Пас аз илова кардани 0,01 мол HCl:
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
Барои ҳисоб кардани рН-и нав аз муодилаи Ҳендерсон-Ҳасселбалх истифода баред:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{0,09}{0,11} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(0,818) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + (-0,088) \]
\[ \text{pH} = 4,65 \]
Пас, рН-и маҳлули буферӣ пас аз илова кардани HCl аз 4,74 то 4,65 тағйир меёбад.
Саволи 3: Илова кардани асос ба ҳалли буферӣ
Савол:
Агар ба 1 литр маҳлули буферӣ аз саволи 1 0,01 мол NaOH илова карда шавад, тағирёбии рН чӣ гуна аст?
Муҳокима:
Илова кардани NaOH консентратсияи H⁺-ро дар маҳлул аз ҷониби OH⁻ аз NaOH кам мекунад. Реаксияе, ки ба амал меояд:
\[ \text{OH}^- + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \]
Дар аввал:
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \, \text{mol} \]
Пас аз илова кардани 0,01 мол NaOH:
\[ [\text{CH}_3\text{COOH}] = 0,1 – 0,01 = 0,09 \, \text{mol} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 + 0,01 = 0,11 \, \text{mol} \]
Барои ҳисоб кардани рН-и нав аз муодилаи Ҳендерсон-Ҳасселбалх истифода баред:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log \left( \frac{0,11}{0,09} \right) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + \log(1,222) \]
\[ \text{pH} = 4,74 + 0,087 \]
\[ \text{pH} = 4,83 \]
Пас, рН-и маҳлули буферӣ пас аз илова кардани NaOH аз 4,74 то 4,83 тағйир меёбад.
Саволи 4: Муайян кардани таркиби буфер бо рН-и муайян
Савол:
Барои тайёр кардани 1 литр маҳлули буферӣ бо рН 5,0 бо истифода аз кислотаи сирко (CH₃COOH) ва ацетати натрий (CH₃COONa), чанд мол аз ҳар як компонент лозим аст? (K_a) кислотаи сирко (1,8 \зарба 10^{-5}) аст.
Муҳокима:
Муодилаи Ҳендерсон-Ҳасселбалхро истифода баред:
\[ \text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Аввалан, pKₐ-ро ҳисоб кунед:
\[ \text{p}K_a = -\log (1,8 \times 10^{-5}) \]
\[ \text{p}K_a \тақрибан 4,74 \]
Сипас, арзиши дилхоҳи рН-ро ворид кунед:
\[ 5,0 = 4,74 + \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
\[ 0,26 = \log \left( \frac{[A^-]}{[HA]} \right) \]
Истифодаи хосиятҳои логарифмҳо:
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} = 10^{0,26} \]
\[ \frac{[A^-]}{[HA]} \taxminan 1,82 \]
Ин маънои онро дорад, ки барои ҳар 1 мол CH₃COOH, 1,82 мол CH₃COONa лозим аст. Барои ин таносуб дар 1 литр:
Масалан, бигӯем, ки CH₃COOH = x мол, пас CH₃COONa = 1,82x мол. Ҳаҷми умумӣ (x + 1.82x) = 2,82x мол аст, зеро мо 1 литр буфер тайёр мекунем, пас:
\[ x + 1.82x = 1 \]
\[ 2.82x = 1 \]
\[x = \frac{1}{2.82} \тақрибан 0.355 \]
Пас, таркиби зарурӣ:
– CH₃COOH: 0,355 мол
– CH₃COONa: 1,82 0,355 ≈ 0,646 моль
Ҳамин тариқ, барои тайёр кардани 1 литр маҳлули буферӣ бо рН 5,0 ба мо 0,355 мол кислотаи сирко ва 0,646 мол ацетати натрий лозим аст.
Дар ин мақола мисолҳои гуногуни масъалаҳои марбут ба ҳалли буферӣ ва муҳокимаҳои онҳо оварда шудаанд, то ин мафҳумро амиқтар дарк кунанд. Умедворем, ки ин маълумот барои фаҳмидани тарзи кори ҳалли буферӣ ва татбиқи онҳо дар заминаҳои гуногун муфид хоҳад буд.
