اقرأ في هذا المقال
ما هي المحاليل المنظمة؟
المحلول المنظم هو المحلول الذي يقاوم التغيرات في الأس الهيدروجيني عند إضافة كميات صغيرة من حمض أو قلوي إليه، وتسمى أيضاً المحاليل الوقائية، وهي حلول تقاوم التغيير في درجة الحموضة عند التخفيف أو عند إضافة كميات صغيرة من الأحماض أو القلويات.
المحلول المنظم هو محلول قادر على الحفاظ على تركيز أيون الهيدروجين (pH) مع تغييرات طفيفة فقط على التخفيف، أو إضافة كمية صغيرة من الحمض أو القاعدة. تُستخدم المحاليل المنظمة (Buffers) في التخمير والمواد الحافظة الغذائية وتوصيل الأدوية والطلاء الكهربائي والطباعة ونشاط الإنزيمات وقدرة حمل الأكسجين في الدم التي تحتاج إلى تركيز معين من أيونات الهيدروجين (pH).
تحتاج الكثير من التفاعلات البيولوجية والكيميائية إلى درجة حموضة ثابتة حتى يستمر التفاعل. تعتبر المحاليل الوقائية مفيدة للغاية في هذه الأنظمة، للحفاظ على الرقم الهيدروجيني عند قيمة ثابتة. هذا لا يعني أنّ الرقم الهيدروجيني للمخازن المؤقتة لا يتغير. هذا يعني فقط أنّ التغيير في الرقم الهيدروجيني ليس بالقدر الذي سيكون عليه مع محلول ليس عازل.
أنواع المحاليل المنظمة
المحلول المنظم في الكيمياء، عادةً ما يحتوي المحلول على حمض وقاعدة أو ملح، يميل إلى الحفاظ على تركيز ثابت لأيون الهيدروجين. الأيونات هي ذرات أو جزيئات فقدت أو اكتسبت إلكترونًا واحدًا أو أكثر. مثال على المحلول المنظم المشترك هو محلول حمض الأسيتيك (CH3COOH) وخلات الصوديوم. في محلول الماء، تنفصل أسيتات الصوديوم تمامًا إلى أيونات الصوديوم (Na +) وخلات (CH3COO-).
تنقسم المحاليل المنظمة إلى نوعين – المحاليل العازلة الحمضية والقلوية. المحاليل الحامضية هي محاليل تحتوي على درجة حموضة أقل من 7 وتحتوي على حمض ضعيف وأحد أملاحه. على سبيل المثال: يعمل خليط من حمض الأسيتيك وخلات الصوديوم كمحلول منظم برقم هيدروجيني حوالي 4.75. من ناحية أخرى، تحتوي المحاليل القلوية على درجة حموضة أعلى من 7 وتحتوي على قاعدة ضعيفة وأحد أملاحها. على سبيل المثال: يعمل خليط من كلوريد الأمونيوم وهيدروكسيد الأمونيوم كمحلول منظم مع درجة حموضة تبلغ حوالي 9.25.
تساعد المحاليل المنظمة بشكل عام في الحفاظ على الرقم الهيدروجيني للعديد من الأشياء المختلفة. يجب أن يحتوي المحلول المنظم على أشياء تزيل أي أيونات الهيدروجين أو أيونات الهيدروكسيد التي قد تضيفها إليه، وإلا سيتغير الرقم الهيدروجيني. المحاليل العازلة الحمضية والقلوية تحقق ذلك بطرق مختلفة.
تحضير المحاليل المنظمة
إذا كان لدينا pKa (ثابت تفكك الحمض) للحمض وpKb (ثابت تفكك القاعدة) للقاعدة، فيمكن عمل محلول منظم مؤقت للأس الهيدروجيني المعروف عن طريق التحكم في نسبة الملح والحمض أو الملح والقاعدة. يمكن تحضير المحاليل المنظمة إما عن طريق خلط حمض ضعيف بقاعدته المترافقة أو قاعدته الضعيفة مع حمضه المتقارن.
يمكن إعطاء مثال على طريقة تحضير المحاليل المنظمة من خلال تحضير محلول الفوسفات عن طريق خلط (HPO42) و(H2PO4)- والرقم الهيدروجيني الذي يحتفظ به هذا الحل هو 7.4. يعتمد تركيز أيون الهيدروجين في المحلول المنظم على الكميات النسبية لحمض الأسيتيك وأيون الأسيتات (أو أسيتات الصوديوم) الموجودة، والمعروفة باسم نسبة العازلة. ستؤدي إضافة حمض أو قاعدة إلى تغييرات مقابلة في تركيز حمض الأسيتيك وأيون الأسيتات، ولكن طالما أنّ تركيز المواد المضافة صغير مقارنة بتركيز مكونات العازلة الفردية، فإنّ تركيز أيون الهيدروجين الجديد سوف تظل قريبة من قيمتها الأصلية.
نظرًا لأنّ الأحماض والقواعد تميل إلى تعزيز مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية، فإنّ الحفاظ على مستوى معين من الحموضة أو القلوية في محلول من خلال استخدام المحاليل العازلة أمر ضروري للعديد من التجارب الكيميائية والبيولوجية. تحدث العديد من العمليات الكيميائية الحيوية فقط عند قيم الأس الهيدروجيني المحددة، والتي يتم الحفاظ عليها بواسطة المحاليل الطبيعية الموجودة في الجسم.
استخدامات المحاليل المنظمة
توجد بعض الأسماء البديلة التي تُستخدم للإشارة إلى حلول المخزن المؤقت، مثل مخازن الأس الهيدروجيني أو المخازن المؤقتة لأيون الهيدروجين. مثال على استخدام المحاليل المنظمة في تنظيم الأس الهيدروجيني هو استخدام نظام عازلة البيكربونات، وحمض الكربونيك من أجل تنظيم درجة الحموضة في دم الحيوان.
تستخدم المحاليل المنظمة أيضًا للحفاظ على درجة الحموضة المثلى لنشاط الإنزيم في العديد من الكائنات الحية. قد يؤدي عدم وجود هذه المحاليل إلى إبطاء عمل الإنزيم أو فقدان خصائص الإنزيم، أو حتى تفسد طبيعة الإنزيمات. يمكن لعملية التمسخ هذه أن تعطل بشكل دائم العمل التحفيزي للإنزيمات.
