موضوع: بافرها
محقق:علی شمسی
کلاس:202
نام دبیر:آقای جعفری
سال تحصیلی:1391
مواد بافر یا از یک اسید ضعیف و نمک آن با باز قوی ساخته شده اند یا از یک باز ضعیف و نمک آن با اسید قوی تهیه شده اند.
خون انسان یک محلول بافری است PH آن تغریبا ثابت و در حدود 4/7 است و این به علت حضور در خون است.
محاسبه PH محلول های بافر
ظرفیت بافری : حداکثر مقداری که از یک اسید یا باز می توان به یک بافر اضافه کرد و PH آن تغییر محسوسی نکند.
تهیه محلول بافر (اسیدی)
یک محلول بافر را می‌توان از یک اسید ضعیف یا یک باز ضعیف و نمکی از الکترولیت ضعیف تهیه کرد. مثلا ، می‌توان بافری از اسید استیک و استات سدیم تهیه کرد. اگر از این دو ماده به غلظت یکسان مثلا 1M داشته باشیم.
PK یک الکترولیت ضعیف را می‌توان به طریقی مشابه با PH تعریف کرد:
محلولی از یک اسید ضعیف که در آن غلظت آنیون برابر غلظت اسید تفکیک نشده باشد، PH آن برابر اسید است.
در نمونه بافری که شرح داده شد، مقادیر و نسبت به مقدار موجود 50 مرتبه بیشتر است.
اضافه کردن اسید یا باز به محلول بافر
چنانچه مقدار کمی یون اضافه کنیم، منبع فراوان یون استات آن را به سرعت به اسید استیک تبدیل میکند. چنانچه به این مقدار بافر مقداری یون اضافه کنیم، یون را خنثی میکند. ولی مقدار فروان استیک اسید موجود به وسیله تفکیک مقدار یون حذف شده را جایگزین خواهد کرد و PH محلول در رقمی نسبتا ثابت محفوظ می‌ماند. بافرها نمی‌توانند افزایش مقادیر زیاد اسید یا قلیا را تحمل کنند. افزایش 0.01 مول به ازای یک لیتر از یا در حدود حداکثر مقداری است که انتظار می‌رود بافری توان تحمل آن را داشته باشد.
انواع بافرها (بافرهای ساده):
بافرهای ساده به سه روش متفاوت دسته بندی می شوند:
1- نمک های اسید ضعیف و باز ضعیف
مثال: آمونیوم استات CH3COONH4 - ، آمونیوم سیانید NH4CN
2- پروتئین ها و آمینواسیدها
3- مخلوطی از نمک اسید و نمک طبیعی تشکیل شده از اسید چند ظرفیتی
مثال: Na2HPO4 و Na3PO4
تهیه بافر قلیایی
بافرهای قلیایی را نیز می‌توان تهیه کرد. چنانچه باز ضعیف و یون مشتق آن با غلظتهای برابر ، وجود داشته باشند، داریم:
محلولی از [NH4+] به مقدار 0.1 مول و [NH3] به مقدار 0.1 مول مثالی از این نوع بافر است که PH آن برابر 9.26 است.
نقش نمک در بافرها
چگونه ها بافرها در مقابل افزودن اسید و باز مقاومت میکنند؟ (نقش نمک )
بافر شامل یک اسید ضعیف و نمک آن و یا یک باز ضعیف و نمک آن با یک نسبت معین می باشد و در مقابل افزوده شدن مقدار اندکی اسید یا باز مقاومت نشان میدهد و PH آن تغییرچندانی نمیکند بطور مثال در بافر آمونیاک و آمونیم کلرید که در کتاب درسی آمده ، نحوه مقاومت آن بدین صورت است که
NH3 + H2O NH4+ + OH- 1)
2) -NH4CL NH4+ + CL
که در اثر افزوده شدن مقداری اسید تعادل آمونیاک به سمت راست حرکت کرده تا با تولید یون هیدروکسید بیشتر اثر H+ افزوده شده را با تشکیل آب ازبین ببرد و همچنین در صورت افزوده شدن مقداری باز تعادل 1 به سمت چپ حرکت کرده تا اثرمقدار OH- افزوده شده را با تشکیل NH3 از بین ببرد و ظاهرا نمک نقشی ندارد چرا که در هردو حالت فقط تعادل 1 جابجا میشود .
اما تعریف کاملتر از بافر چنین است: بافرها دارای دو جزء اسیدی و بازی می باشد که جزء اسیدی آن اثر بازافزوده شده را ازبین میبرد و جزء بازی آن ،اثر اسید افزوده شده را از بین می بردحال بافر بالا را با این تعریف مجددا بررسی میکنیم .
آمونیک جزء بازی و کاتیون آمونیم ( نمک آن ) جزء اسیدی بافر است.
حال اگراندکی اسید اضافه شود جزء بازی بافری (آمونیاک ) اثر آن را از بین می برد بدینصورت که تعادل شماره 1 به سمت راست حرکت کرده تا با تولید – OH اثراسید را ازبین ببرد.
و اگر باز اضافه شود جزءاسیدی بافر یعنی کاتیون آمونیم ( نمک) اثر آنرا ازبین میبرد.کاتیون آمونیم آبکافت شده و محیط اسیدی میشود لذا H+ حاصل از آبکافت آمونیم اثرOH- افزوده شده را ازبین میبرد.
پس شکارچی OH- ، یون آمونیم (جزء اسیدی ) و شکارچی H+ آمونیاک (جزء بازی )است
روشهای تهیه بافر :
1)اختلاط یک اسید ضعیف با یک باز قوی به طوریکه عده مولهای اسید به کار رفته زیادتربوده واسید به طور اضافی باقی بماندو با محصول واکنش یعنی نمک اسید ضعصف بافر بسازد
مثلا اگر CH3COOH و NaOH رابایکدیگر ترکیب کنیم محصولNaCH3COO است حال اگر نسبت هایی از CH3COOH و NaOH بکار بریم که NaOH به طور کامل مصرف شده و از CH3COOHاضافی بماند مقدار اضافی CH3COOHو NaCH3COO تولید شده مجموعا بافر تشکیل می دهند
2)اختلاط یک باز ضعیف با یک اسید قوی به طوریکه عده مولهای باز به کار رفته زیاد تر بودهطور اضافی باقی بماندو با محصول واکنش یعنی نمک باز ضعیف بافر بسازد
به طور مثال در واکنش NH4OH با HCl که NH4CL محصول می دهند اگر پس از پایان از NH4OHاصافی بماند با NH4CL تولید شده مجموعا بافر میسازند
3)ترکیب نمک یک اسید ضعیف با یک اسید قوی به طوریکه عده مولهای نمک زیادتر بودهدرپایان واکنش نمک اضافی بماندو با محصول واکنش بعنی اسید ضعیف بافر بسازد
مثلا اگرNaF را با HCl مخلوط کنیم محصول HFبدست میآید که در صورتی که از NaFاضافی بماند مجموعا بافر می سازدند
4)ترکیب نمک یک باز ضعیف با یک باز قوی به طوریکه عده مولهای نمک زیادتر بوده درپایان واکنش نمک اضافی ماندهوبا محصول واکنش یعنی بازضعیف یک بافر بسازند
مثلادر نتیجه اختلاط NH4Cl با NaOH محصول NH4OH بدست می آید که در صورتی که از NH4Cl اضافی بماند مجموعا بافر می سازدند
رابطه هندرسون _ باخ
بافرهایی نیز می‌توان تهیه کرد که در آنها نسبت غلظت الکترولیت ضعیف به غلظت یون مشترک 1 به 1 نباشد. از این روش می‌توان برای بدست آوردن بافری که PH یا POH آن با اسید یا باز ضعیف تفاوت دارد، استفاده کرد. رابطه هندرسون باخ این نوع بافر را توجیه میکند:
بطور کلی برای یک بافر موثر ، نسبت غلظت جز مولکولی به غلظت جز یونی باید بین 0.1 و 10 باشد. بنابراین برای تهیه یک بافر موثر می‌توان از PH با هر مقدار بین (pKa+1) و (pKa-1) استفاده کرد. برای مثال ، می‌توان بافری از اسید استیک و استات تهیه کرد که در آن مقادیر دلخواه PH بین 3.74 و 5.74 را داشته باشد، زیرا مقدار اسید استیک برابر 4.74 است.
استفاده از محلولهای بافر در صنعت و طبیعت
استفاده از بافرها بخش مهمی از بسیاری فرآیندهای صنعتی است. مثالهایی در این مورد ، آبکاری و تهیه چرم و مواد عکاسی و رنگها هستند. در پژوهشهای باکتری شناسی برای حفظ PH لازم جهت رشد باکتریهای مورد مطالعه ، محیطهای کشت معمولا بافری هستند. بافرها بطور وسیعی در شیمی تجزیه و همچنین برای مدرج کردن PH سنج بکار می‌رود. بدن انسان به وسیله بی کربنات ، فسفات و سیستمهای پیچیده پروتئین در بافری است.
مواد لازم: سود 1 فرمال ، اسید استیک 1 فرمال
وسايل لازم: بشر ، بالن ژوژه ، پیپت حبابدار ، بورت ، دستگاه PH متر
آزمایش اول :
با افزودن 50 میلی لیتر سود 1 فرمال به 100 میلی لیتر اسید استیک 1 فرمال 50% از اسید خنثی می شود و يک بافر بصورت CH3CO2H/CH3CO2Na تهیه می گردد. PH محلول حاصله ، پس از افزایش 10 میلی لیتر HCl 1/0 فرمال و 10 میلی لیتر سود 1/0 فرمال و رقیق کردن محلول تا 10 برابر را به ترتیب به وسیله PH متر تعیین می کنیم .
آزمایش دوم :
PH 50 میلی لیتر سود 1 فرمال را تعیین می کنیم
آزمایش اول :
افزودن 10 میلی لیتر HCl 1/0 فرمال PH : 4/39
افزودن 10 میلی لیتر سودl 1/0 فرمال PH : 4/51
افزایش رقت بافر تا 10 برابر PH : 4/49
آزمایش دوم :
50 میلی لیتر سود 1 فرمال PH : 12/03
افزودن 10 میلی لتر HCl 1/0 فرمال PH : 12/14
افزایش رقت محلول 1 فرمال سود تا 10 برابر PH : 11/99
موارد خطا :
زمانی که مقادیر یک میلی لیتر محلول درون بورت را در بشر اضافه می کنیم باید کمی صبر نمود تا محلول درون بشر کمی هم زده شود و عدد نمایشگر PH ثابت شود سپس آن را یاد داشت می نماییم.
همچنین در باز کردن شیر بورت باید دقت لازم را انجام داد تا از خروج حجم اضافی تیترانت جلوگیری شود.
نتيجه گيري:
محلول های بافر (تامپون) محلول هایی هستند که در برابر تغییرات PH تا حدی مقاومت می کنند. یعنی اگر چند قطره اسید یا باز به آن اضافه شود، PH این محلول ها تغییر محسوسی نمی کند.
بافرها یا از یک اسید ضعیف و نمک آن با باز قوی تهیه می شوند یا محلول هایی هستند از یک باز ضعیف و نمک آن با اسید قوی.
ظرفیت بافری: حداکثر مقداری که از یک اسید یا باز می توان به یک بافر اضافه کرد و PH آن تغییر محسوسی نکند ،ظرفیت بافر گفته می شود.
بافرها بسته به اینکه از چه اسید و نمک آن یا از چه باز و نمک اسید آن حاصل شوند PHهای متفاوت دارند.
