المحاليل المنظمة

تعريف المحلول المنظم :

هي محاليل تتغيّر قيمة الرقم الهيدروجيني لها تغيراً طفيفاً عند إضافة حمض أو قاعدة إليها بكميات قليلة . أي أنها تقاوم التغيرات في قيمة PH لها عند إضافة حمض أو قاعدة إليها .

إن المحلول المنظم يتكون من مـزيج لحامض ضعيف وأحد أملاحه أو مزيج مـن قاعدة ضعيفة وأحد أملاحها يقاوم التغير في الأس الهيدروجيني ( pH ) نتيجة لإضافة كمية من حامض قوي أو قاعدة قوية .

ولكي نتعرف على المحلول المنظم وكيف يؤدي دوره نعرض بعض الأمثلة الآتية :

مثال ( 1 ) :

عند الافتراض أن لدينا لترا من ماء مقطر ( pH=7 ) ثم أضيف إليه 1 ملل مـن حامض الهيدروكلوريك درجة تركيزه 1,0 عياري أو واحد ملل هيدروكسيد الصوديوم عيارته 01,0 ع ماذا يحدث ؟


في الحالة الأولى وهي إضافة 1 ملل من حامض الهيدروكلوريك 1,0 ع يتغير ال pH من 7 إلى 5 بينما في الحالة الثانية وهي إضافة 1 ملل من هيدروكسيد الصوديوم 01,0 عياري يتحول ال pH من 7 إلى 9 أي أن التغير في ال pH واضح وملموس .
مثال ( 2 ) :
نفرض أن لدينا لترا من مخلوط لمحلولي حامض ضعيف وملحه مثل مخلوط حامض الخليك وخلات الصوديوم أو مخلوط لمحلولي قاعدة ضعيفة وملحها مثـل هيدروكسيد الأمونيوم وكلوريد الأمونيوم ثم أضيف للمخلوط الأول أو الثاني كمية من حامض HCl و NaOH وبنفس التركيز الذي استخدم في المثال ( 1 ) ماذا يحدث ؟


نلاحظ أن التغير في ال pH لمخلوط الحامض الضعيف وملحه أو مخلوط القاعدة الضعيفة وملحها نتيجة إضافة حامض أولقاعدة يكون طفيفا وغير ملحوظ .

ونستنتج من المثال السابق أن المحاليل المائية للحوامض أو القواعد تكون حساسة جدا للتغير في درجة الحموضة ( الأس الهيدروجيني ( pH نتيجة وجود أي مصدر لحامض أو قاعدة ، بينما مخاليط الحوامض الضعيفـة وأملاحهـا تقاوم هـذا التغير في درجة ال pH وهذه المخاليط أطلق عليها أسم المحاليل المنظمة . وتعتمد قدرة المحلول المنظم على عاملين هما :

– النسبة بين درجة التركيز الجزيئي للملح والحامض .

– درجة تركيز كل من الأملاح والحامض حيث تزداد القدرة كلما زادت درجة التركيز .
مثل :
1- حمض ضعيف وقاعدته المرافقة :

إذا كان لدينا وعاء يحتوي حمض الإيثانويك وملح إيثانوات الصوديوم فهذا يعني أن لدينا محلولاً منظماً (من الحمض الضعيف وملحه) .


المحلول المنظم
معادلة تأين الحمض
CH3COOH + H2O D CH3COO+ -H3O+I

معادلة تأين القاعدة
CH3COONa D CH3COO +-Na+


2 - المحلول المنظم المكون من قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق:

إذا كان لدينا وعاء يحتوي على NH3 وملح NH4Cl. وهذا يعني أن لدينا محلولاً منظماً (من القاعدة الضعيفة وملحها) .

أ - أثر إضافة حمض HCl إلى المحلول المنظم المكوّن من قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق :
عند إضافة حمض HCl تعني إضافة H+ والتي ستتفاعل مع OH- وفق المعادلة الكيميائية التالية :

ووفقاً لمبدأ لوتشاتلييه، سينزاح التفاعل نحو اليمين بتأين المزيد من NH3، وذلك لتعويض النقص في OH- ، و بهذا يبقى تركيز OH- ثابتاً تقريباً وبالتالي فإن قيمة ال PH تكون ثابتة تقريباً .

ب - دراسة أثر إضافة قاعدة NaOH إلى المحلول المنظم المكوّن من قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق :

عند إضافة NaOH تعني إضافة OH- وهذا يعني زيادة في تركيز OH- في المحلول فيختل الاتزان .



وفقاً لمبدأ لوتشاتلييه ، سينزاح التفاعل نحو اليسار للتخلص من OH- الزائدة من إضافة القاعدة . وبالتالي تبقى قيمة PH ثابتة تقريباً .

و منه نتوصل إلى أن المحلول المنظم يقاوم التغير في قيمة PH عند إضافة حمض أو قاعدة لهذا المحلول بكميات قليلة.

3 - أهمية المحلول المنظم :

يتطلب الكثير من العمليات الكيميائية والحيوية أن لا تتغير قيمة PH لوسط التفاعل كثيراً. بل تبقى قريبة من قيمة معينة. ومثال ذلك :

- أن الدم في جسم الإنسان لا يمكن أن يقوم بوظيفة نقل الأكسجين إلى الخلايا إلاّ أن تكون قيمة PH = 7.4 .

- أن الأنزيمات تحتاج لوسط تكون فيه قيمة PH ثابتة تقريباً لتعمل بنشاط.
- معالجة التربة لنمو المحاصيل المختلفة.

مثال :
احسب قيمة PH لمحلول منظم مكوّن من حمض الميثانويك HCOOH تركيز (0.5 مول/لتر) وميثانوات الصوديوم HCOONa تركيزه (0.7 مول/لتر). علماً بأن Ka لـ HCOOH = 1.7 × 10-4
- كم تصبح قيمة PH للمحلول السابق عند إضافة 0.1 مول من HCl إلى لتر واحد منه ؟

جواب :
1- لحساب قيمة PH للمحلول المنظم:

HCOOH + H2O D H3O + +HCOO-

0.5
صفر
صفر
بداية التفاعل

- س
+ س
+س
مقدار التغير

س-0.5
س
س
عند الاتزان


HCOONa ¦ Na + + HCOO-

0.7
صفر
صفر
بداية التفاعل

صفر
0.7
0.7
مقدار التغير




وبالتعويض في Ka:

س = [ H3O+] = 1.2 × 10-4 مول / لتر .
إذاً قيمة PH = - لو [ H3O+] = - لو 1.2 × 10-4 = 3.85
وهذه هي قيمة PH للمحلول المنظم قبل إضافة الحمض HCl.

الآن نحسب قيمة PH للمحلول المنظم بعد إضافة 0.1 مول من HCl الى (1 لتر) من المحلول المنظّم .
إضافة 0.1 مول من HCl إلى 1 لتر من المحلول المنظم فهذا يعني :
- إضافة ما مقداره 0.1 مول/لتر من الحمض HCl



- إضافة ما مقداره 0.1 مول/لتر من H3O+ إلى المحلول المنظم

- الأيونات المضافة من [H3O+I] سوف تتفاعل مع أيونات–HCOO للمحلول المنظم مما يؤدي إلى :

- نقصان في تركيز –HCOO بمقدار (0.1 مول/لتر) [كمية HCl المضافة ] .

- زيادة في تركيز HCOOH بمقدار (0.1 مول/لتر) [ كمية HCl المضافة ] .
HCOO- + H3O+ D HCOOH + H2O
وعليه يصبح : [–HCOO] الجديد = (0.7)-(0.1) = 0.6 مول/لتر .
HCOOH] ] الجديد =(0.5) + (0.1) =0.6 مول/لتر .
والآن نحسب [H3O+] :



[H3O+] = س = 1.7 ×10 -4مول/ لتر

وبالتالي PH:
PH = - لو [H3O+] = - لو 1.7 × 10-4 = 3.85

تمرين :

محلول منظم مكون من حمض الإيثانويك تركيز (0.3 مول/لتر) وملح إيثانوات البوتاسيوم CH3COOK تركيز (0.4 مول/لتر). احسب مقدار التغير في قيمة PH عند إضافة (0.1 مول) من NaOH إلى لتر من المحلول. علماً بأن Ka = 1.8 × 10-5 .