बफ़र्स ऐसे समाधान होते हैं जो किसी मजबूत एसिड या बेस की थोड़ी मात्रा के साथ पतला या मिलाए जाने पर अपना पीएच स्थिर रखते हैं।

प्रोटोलिटिक बफर समाधान एक ही नाम के आयन युक्त इलेक्ट्रोलाइट्स का मिश्रण होते हैं।

प्रोटोलिटिक बफर समाधान दो प्रकार के होते हैं:

1. अम्लीय, जिसमें एक कमजोर एसिड और उसके संयुग्म आधार की अधिकता होती है (एक मजबूत आधार और इस एसिड के एक आयन द्वारा गठित नमक);
2. बुनियादी, जिसमें एक कमजोर आधार और इसके संयुग्मित एसिड की अधिकता होती है (यानी, एक मजबूत एसिड द्वारा गठित नमक और इस आधार का एक धनायन)।

बफ़र सिस्टम समीकरण की गणना हेंडरसन-हैसलबैक सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

जहाँ pK = -ℓg K D.

सी - दाढ़ या समकक्ष इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता (सी = वी एन)

बफ़र समाधानों की क्रिया के तंत्र को एसीटेट बफ़र के उदाहरण का उपयोग करके माना जा सकता है: CH 3 COOH + CH 3 COONa।

एसीटेट आयनों की उच्च सांद्रता मजबूत इलेक्ट्रोलाइट - सोडियम एसीटेट के पूर्ण पृथक्करण के कारण होती है, और एसिटिक एसिड, एक ही नाम के आयन की उपस्थिति में, लगभग गैर-आयनित रूप में समाधान में मौजूद होता है।

1. जब थोड़ी मात्रा में हाइड्रोक्लोरिक एसिड मिलाया जाता है, तो H+ आयन घोल में मौजूद संयुग्म आधार CH 3 COO से जुड़कर कमजोर इलेक्ट्रोलाइट CH 3 COOH में बदल जाते हैं।

सीएच 3 सीओओ‾ + एच + ↔ सीएच 3 सीओओएच

समीकरण से यह देखा जा सकता है कि मजबूत एसिड HC1 को कमजोर एसिड CH 3 COOH की समतुल्य मात्रा द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। सीएच 3 सीओओएच की मात्रा बढ़ जाती है और डब्ल्यू ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम के अनुसार, पृथक्करण की डिग्री कम हो जाती है। परिणामस्वरूप, बफर में H+ आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है, लेकिन बहुत कम, जबकि pH स्थिर रहता है।

बफर में एसिड जोड़ते समय, पीएच सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

2. जब बफर में थोड़ी मात्रा में क्षार मिलाया जाता है, तो यह CH 3 COOH के साथ प्रतिक्रिया करता है। एसिटिक एसिड अणु हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके H 2 O और CH 3 COO ‾ बनाएंगे:

सीएच 3 सीओओएच + ओएच ↔ सीएच 3 सीओओ‾ + एच 2 ओ

परिणामस्वरूप, क्षार को कमजोर क्षारीय नमक CH 3 COONa की समतुल्य मात्रा से प्रतिस्थापित कर दिया जाता है। सीएच 3 सीओओएच की मात्रा कम हो जाती है और डब्ल्यू ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम के अनुसार, शेष असंबद्ध सीएच 3 सीओओएच अणुओं की संभावित अम्लता के कारण पृथक्करण की डिग्री बढ़ जाती है। नतीजतन, एच + आयनों की सांद्रता व्यावहारिक रूप से नहीं बदलती है, और पीएच स्थिर रहता है।

क्षार मिलाते समय, पीएच सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

3. बफर को पतला करने पर पीएच भी नहीं बदलता है, क्योंकि पृथक्करण स्थिरांक और घटकों का अनुपात अपरिवर्तित रहता है।

इस प्रकार, बफर का पीएच पृथक्करण स्थिरांक और घटकों के एकाग्रता अनुपात पर निर्भर करता है। ये मान जितने अधिक होंगे, बफर का पीएच उतना ही अधिक होगा। यह ध्यान देने योग्य है कि घटक अनुपात एक के बराबर होने पर बफर का पीएच सबसे बड़ा होगा।

बफर क्षमता पर्यावरण के पीएच में परिवर्तन का प्रतिकार करने के लिए बफर सिस्टम की क्षमता है।

बफर क्षमता (बी) को मजबूत एसिड या क्षार के मोल समकक्षों की संख्या के रूप में व्यक्त किया जाता है जिसे पीएच को एक से स्थानांतरित करने के लिए एक लीटर बफर में जोड़ा जाना चाहिए।

जहां बी बफर क्षमता है, एन ई एक मजबूत एसिड या क्षार के बराबर मोल की मात्रा है, पीएच एच प्रारंभिक पीएच मान है (एसिड या क्षार जोड़ने से पहले), पीएच के अंतिम पीएच मान है (एसिड या क्षार जोड़ने के बाद) ), ΔpH, pH में परिवर्तन है।

व्यवहार में, बफर क्षमता की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

जहां V अम्ल या क्षार की मात्रा है, N अम्ल या क्षार की समतुल्य सांद्रता है, V बफर है। - बफर समाधान की मात्रा, Δ पीएच - पीएच में परिवर्तन।

बफर क्षमता इलेक्ट्रोलाइट्स की सांद्रता और बफर घटकों के अनुपात पर निर्भर करती है। घटकों की उच्च सांद्रता और एकता के बराबर घटक अनुपात वाले समाधानों में सबसे बड़ी बफर क्षमता होती है।

निम्नलिखित बफर सिस्टम मानव शरीर में काम करते हैं:

1. बाइकार्बोनेट बफर, जो रक्त प्लाज्मा का मुख्य बफर सिस्टम है; यह एक त्वरित प्रतिक्रिया प्रणाली है, क्योंकि CO2 एसिड के साथ इसकी अंतःक्रिया का उत्पाद फेफड़ों के माध्यम से शीघ्रता से समाप्त हो जाता है। प्लाज्मा के अलावा, यह बफर सिस्टम लाल रक्त कोशिकाओं, अंतरालीय द्रव और गुर्दे के ऊतकों में पाया जाता है।
2. हीमोग्लोबिन बफर एरिथ्रोसाइट्स का मुख्य बफर सिस्टम है, जो रक्त की कुल बफर क्षमता का लगभग 75% है। रक्त पीएच के नियमन में हीमोग्लोबिन की भागीदारी ऑक्सीजन और सीओ 2 के परिवहन में इसकी भूमिका से जुड़ी है। रक्त का हीमोग्लोबिन बफर सिस्टम एक साथ कई शारीरिक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है: श्वसन, ऊतकों में ऑक्सीजन परिवहन और लाल रक्त कोशिकाओं के अंदर और अंततः रक्त में एक स्थिर पीएच बनाए रखने में।
3. फॉस्फेट बफर रक्त और अन्य ऊतकों, विशेषकर गुर्दे के सेलुलर तरल पदार्थ दोनों में पाया जाता है। कोशिकाओं में इसे K 2 HPO 4 और KH 2 PO 4 लवणों द्वारा दर्शाया जाता है, और रक्त प्लाज्मा और अंतरकोशिकीय द्रव में Na 2 HPO 4 और NaH 2 PO 4 द्वारा दर्शाया जाता है। यह मुख्य रूप से प्लाज्मा में कार्य करता है और इसमें शामिल हैं: डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट आयन एच 2 पीओ 4 - और हाइड्रोजन फॉस्फेट आयन एचपीओ 4 2-।
4. प्रोटीन बफर में एक प्रोटीन एसिड और उसका नमक होता है, जो एक मजबूत आधार द्वारा बनता है।

प्रोटीन एक एम्फोटेरिक इलेक्ट्रोलाइट है और इसलिए अपना स्वयं का बफरिंग प्रभाव प्रदर्शित करता है। चरणों के अनुसार शरीर में बफर सिस्टम की परस्पर क्रिया:

1. फेफड़ों में गैस विनिमय की प्रक्रिया के दौरान, ऑक्सीजन लाल रक्त कोशिकाओं में प्रवेश करती है;

2. जैसे ही रक्त संचार प्रणाली के परिधीय भागों में जाता है, ऑक्सीजन एचबीओ 2 - के आयनित रूप में जारी होता है। इस मामले में, रक्त धमनी से शिरापरक में बदल जाता है। ऊतकों में छोड़ी गई ऑक्सीजन विभिन्न सब्सट्रेट्स के ऑक्सीकरण पर खर्च की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सीओ 2 का निर्माण होता है, जिसका अधिकांश भाग लाल रक्त कोशिकाओं में प्रवेश करता है।

3. एरिथ्रोसाइट्स में कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ की उपस्थिति में, निम्नलिखित प्रतिक्रिया महत्वपूर्ण दर पर होती है:

СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ↔ Н + + НСО 3 -

4. परिणामस्वरूप अतिरिक्त प्रोटॉन हीमोग्लोबिनेट आयनों से बंध जाते हैं, जबकि प्रोटॉन के बंधन से चरण (3) की प्रतिक्रिया का संतुलन दाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बाइकार्बोनेट आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है और वे झिल्ली के माध्यम से फैल जाते हैं। प्लाज्मा. एसिड-बेस गुणों में भिन्न आयनों के काउंटर प्रसार के परिणामस्वरूप (क्लोराइड आयन प्रोटोलिटिक रूप से निष्क्रिय है; बाइकार्बोनेट आयन शरीर की स्थितियों के तहत एक आधार है), एक हाइड्रोकार्बोनेट-क्लोराइड शिफ्ट होता है। यह प्लाज्मा (पीएच = 7.4) की तुलना में एरिथ्रोसाइट्स (पीएच = 7.25) में पर्यावरण की अधिक अम्लीय प्रतिक्रिया की व्याख्या करता है।

5. प्लाज्मा में प्रवेश करने वाले बाइकार्बोनेट आयन चयापचय प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप वहां जमा होने वाले अतिरिक्त प्रोटॉन को निष्क्रिय कर देते हैं;

6. परिणामी CO 2 प्रोटीन बफर सिस्टम के घटकों के साथ परस्पर क्रिया करता है;

7. फॉस्फेट बफर द्वारा अतिरिक्त प्रोटॉन को निष्क्रिय कर दिया जाता है:

एन + + एनपीओ 4 - ↔ एन 2 पीओ 4 -

8. रक्त के फेफड़ों में लौटने के बाद, ऑक्सीहीमोग्लोबिन की सांद्रता बढ़ जाती है (चरण 1), जो बाइकार्बोनेट आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है जो प्लाज्मा में नहीं फैले हैं। परिणामी CO2 फेफड़ों के माध्यम से उत्सर्जित होती है। रक्तप्रवाह के इस हिस्से में एचसीओ 3 आयनों की सांद्रता में कमी के परिणामस्वरूप, एरिथ्रोसाइट्स में उनका प्रसार और विपरीत दिशा में क्लोराइड आयनों का प्रसार देखा जाता है।

9. प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप अतिरिक्त प्रोटॉन भी गुर्दे में जमा हो जाते हैं:

СО 2 + Н 2 О ↔ Н 2 СО 3 ↔ Н + + НСО 3 - ,

जो हाइड्रोफॉस्फेट आयनों और अमोनिया (अमोनिया बफर) द्वारा निष्प्रभावी होता है:

एच + + एनएच 3 ↔ एनएच 4 +

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि शरीर के विभिन्न तरल प्रणालियों के निरंतर पीएच को बनाए रखना बफर सिस्टम से इतना प्रभावित नहीं होता है जितना कि कई अंगों और प्रणालियों के कामकाज से: फेफड़े, गुर्दे, आंत, त्वचा, आदि।

मानव रक्त का औसत पीएच 7.4 है; इस मान में एक इकाई के दसवें हिस्से का भी परिवर्तन गंभीर गड़बड़ी (एसिडोसिस या अल्कलोसिस) का कारण बनता है। जब पीएच मान 6.8 - 7.8 की सीमा से बाहर हो जाता है, तो यह आमतौर पर मृत्यु की ओर ले जाता है। रक्त का सबसे महत्वपूर्ण बफर सिस्टम कार्बन (एचसीओ 3 - / एच 2 सीओ 3) है, दूसरा सबसे महत्वपूर्ण फॉस्फेट (एचपीओ 2 -4 / एच 2 पीओ -4) है, प्रोटीन भी पीएच बनाए रखने में एक निश्चित भूमिका निभाते हैं।

जीवित जीवों के मुख्य गुणों में से एक एक निश्चित स्तर पर एसिड-बेस होमियोस्टैसिस को बनाए रखना है। प्रोटोलिटिक होमियोस्टैसिस- जैविक तरल पदार्थ, ऊतकों और अंगों के पीएच की स्थिरता। यह जैविक मीडिया (रक्त, लार, गैस्ट्रिक रस, आदि) के काफी स्थिर पीएच मान और प्रोटोलिथ के संपर्क में आने पर सामान्य पीएच मान को बहाल करने की शरीर की क्षमता में व्यक्त किया जाता है। सिस्टम का समर्थन प्रोटोलिटिक होमोस्टैसिस,इसमें न केवल शारीरिक तंत्र (फुफ्फुसीय और गुर्दे की क्षतिपूर्ति) शामिल हैं, बल्कि भौतिक रासायनिक तंत्र भी शामिल हैं: बफरिंग क्रिया, आयन विनिमय और प्रसार।

प्रतिरोधी विलयनकहा जाता है ऐसे समाधान जो किसी मजबूत अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा के साथ पतला करने या मिलाने पर समान पीएच मान बनाए रखते हैं।प्रोटोलिटिक बफर समाधान एक ही नाम के आयन युक्त इलेक्ट्रोलाइट्स का मिश्रण होते हैं।

प्रोटोलिटिक बफर समाधान मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं:

अम्लीय यानि एक कमजोर अम्ल और उसके संयुग्मी आधार की अधिकता (एक मजबूत आधार और इस अम्ल के आयन द्वारा निर्मित नमक) से मिलकर बना होता है। उदाहरण के लिए: CH 3 COOH और CH 3 COONa - एसीटेट बफर

सीएच 3 सीओओएच + एच 2 ओ ↔ एच 3 ओ + + सीएच 3 सीओओ - अतिरिक्त संयुग्मित

मैदान

सीएच 3 कूना → ना + + सीएच 3 सीओओ -

बुनियादी वाले, यानी जिसमें एक कमजोर आधार और इसके संयुग्मित एसिड की अधिकता होती है (यानी, एक मजबूत एसिड द्वारा गठित नमक और इस आधार का एक धनायन)। उदाहरण के लिए: एनएच 4 ओएच और एनएच 4 सीएल - अमोनिया बफर।

एनएच 3 + एच 2 ओ ↔ ओएच - + एनएच 4 + अतिरिक्त

आधार

संयुग्म

एनएच 4 सीएल → सीएल - + एनएच 4 + एसिड

बफ़र सिस्टम समीकरण की गणना हेंडरसन-हैसलबैक सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

pH = pK + ℓg, pOH = pK + ℓg
,

जहाँ pK = -ℓg K D.

सी - दाढ़ या समकक्ष इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता (सी = वी एन)

बफर समाधानों की क्रिया का तंत्र

आइए एसीटेट बफर के उदाहरण का उपयोग करके इस पर विचार करें: CH 3 COOH + CH 3 COONa

एसीटेट आयनों की उच्च सांद्रता मजबूत इलेक्ट्रोलाइट - सोडियम एसीटेट के पूर्ण पृथक्करण के कारण होती है, और एसिटिक एसिड, एक ही नाम के आयन की उपस्थिति में, लगभग गैर-आयनित रूप में समाधान में मौजूद होता है।

जब थोड़ी मात्रा में हाइड्रोक्लोरिक एसिड मिलाया जाता है, तो H+ आयन घोल में मौजूद संयुग्म आधार CH 3 COO से जुड़कर कमजोर इलेक्ट्रोलाइट CH 3 COOH में बदल जाते हैं।

सीएच 3 सीओओ ‾ +एच + ↔ सीएच 3 सीओओएच (1)

समीकरण (1) से यह स्पष्ट है कि मजबूत एसिड HC1 को कमजोर एसिड CH 3 COOH की समतुल्य मात्रा से प्रतिस्थापित किया जाता है। सीएच 3 सीओओएच की मात्रा बढ़ जाती है और डब्ल्यू ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम के अनुसार, पृथक्करण की डिग्री कम हो जाती है। परिणामस्वरूप, बफर में H+ आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है, लेकिन बहुत कम। पीएच स्थिर रहता है.

बफर में एसिड जोड़ते समय, पीएच सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

pH = pK + ℓg

जब बफर में थोड़ी मात्रा में क्षार मिलाया जाता है, तो यह CH 3 COOH के साथ प्रतिक्रिया करता है। एसिटिक एसिड अणु हाइड्रॉक्साइड आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके H 2 O और CH 3 COO ‾ बनाएंगे:

सीएच 3 सीओओएच + ओएच ↔ सीएच 3 सीओओ ‾ + एच 2 ओ (2)

परिणामस्वरूप, क्षार को कमजोर क्षारीय नमक CH 3 COONa की समतुल्य मात्रा से प्रतिस्थापित कर दिया जाता है। सीएच 3 सीओओएच की मात्रा कम हो जाती है और डब्ल्यू ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम के अनुसार, शेष असंबद्ध सीएच 3 सीओओएच अणुओं की संभावित अम्लता के कारण पृथक्करण की डिग्री बढ़ जाती है। परिणामस्वरूप, H+ आयनों की सांद्रता वस्तुतः अपरिवर्तित रहती है। पीएच स्थिर रहता है.

क्षार मिलाते समय, पीएच सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

pH = pK + ℓg

बफर को पतला करते समय, पीएच भी नहीं बदलता है, क्योंकि पृथक्करण स्थिरांक और घटकों का अनुपात अपरिवर्तित रहता है।

इस प्रकार, बफर का पीएच इस पर निर्भर करता है: पृथक्करण स्थिरांक और घटकों का एकाग्रता अनुपात। ये मान जितने अधिक होंगे, बफर का पीएच उतना ही अधिक होगा। जब घटक अनुपात एक के बराबर होगा तो बफर का पीएच सबसे बड़ा होगा।

बफ़र को मात्रात्मक रूप से चिह्नित करने के लिए, अवधारणा पेश की गई है बफ्फर क्षमता।

बफ़र समाधानों का वर्गीकरण

प्राकृतिक और कृत्रिम बफर समाधान हैं। एक प्राकृतिक बफर समाधान रक्त है, जिसमें बाइकार्बोनेट, फॉस्फेट, प्रोटीन, हीमोग्लोबिन और एसिड बफर सिस्टम होते हैं। एक कृत्रिम बफर समाधान CH3COOH से युक्त एसीटेट बफर हो सकता है।

बफर समाधान में अम्लीय प्रतिक्रिया (पीएच) हो सकती है< 7) или щелочную (рН > 7). .

बफ़र सिस्टम चार प्रकार के हो सकते हैं:

1) कमजोर अम्ल और उसके ऋणायन:

उदाहरण के लिए: एसीटेट बफर सिस्टम

CH 3 COONa और CH 3 COOH, क्रिया की सीमा pH = 3.8 - 5.8।

2) कमजोर आधार और उसका धनायन:

उदाहरण के लिए: अमोनिया बफर सिस्टम

एनएच 3 और एनएच 4 सीएल, क्रिया की सीमा पीएच = 8.2 - 10.2।

3) अम्ल और मध्यम नमक के ऋणायन:

उदाहरण के लिए: कार्बोनेट बफर सिस्टम

Na 2 CO 3 और NaHCO 3, क्रिया की सीमा pH = 9.3 - 11।

4) दो अम्लीय लवणों का मिश्रण:

उदाहरण के लिए: फॉस्फेट बफर सिस्टम

Na 2 HP0 4 और NaH 2 PO 4, क्रिया की सीमा pH = 7.4 - 8.

बफर समाधानों की क्रिया का तंत्र

आइए एसिटिक एसिड और सोडियम एसीटेट के बफर मिश्रण के उदाहरण का उपयोग करके समझें कि बफर समाधान के गुण किस पर आधारित हैं।

1) पानी से पतला करना

एसिटिक एसिड एक कमजोर एसिड है; इसके अलावा, सोडियम एसीटेट (उसी नाम के आयन का प्रभाव) की उपस्थिति के कारण इसका पृथक्करण और भी कम हो जाता है। बफर समाधान हाइड्रॉक्साइड टेट्राबोरेट

आइए मान लें कि प्रश्न में समाधान 10 या 20 बार पानी से पतला है। ऐसा प्रतीत होता है कि एसिटिक एसिड की सांद्रता में भारी कमी के कारण, H+ आयनों की सांद्रता कम होनी चाहिए, लेकिन ऐसा नहीं होता है, क्योंकि तनुकरण के साथ एसिटिक एसिड के पृथक्करण की डिग्री बढ़ जाती है, क्योंकि सोडियम एसीटेट की सांद्रता, जो इस घोल में एसिटिक एसिड के पृथक्करण को दबा देता है, कम हो जाता है। इसलिए, जब पानी से पतला किया जाता है, तो पीएच लगभग अपरिवर्तित रहेगा।

2) तीव्र अम्ल मिलाना

जब बफर मिश्रण में हाइड्रोक्लोरिक एसिड जैसे मजबूत एसिड की थोड़ी मात्रा डाली जाती है, तो प्रतिक्रिया होती है:

सीएच 3 कूना + एचसीएल = NaCl + सीएच 3 सीओओएच।

समाधान में प्रवेश करने वाले एच + आयन कम डिग्री के पृथक्करण के साथ एसिटिक एसिड अणुओं में बंध जाएंगे। इस प्रकार, H+ आयनों की सांद्रता शायद ही बढ़ेगी और समाधान का pH व्यावहारिक रूप से नहीं बदलेगा

यदि शुद्ध पानी में समान मात्रा में एसिड मिलाया जाए, तो सभी H+ आयन घोल में रहेंगे, हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता कई गुना बढ़ जाएगी और घोल का pH स्पष्ट रूप से बदल जाएगा। और हाइड्रोजन, जैसा कि आप जानते हैं, सबसे आम रासायनिक तत्व है।

3) थोड़ी मात्रा में क्षार मिलाना

बफर मिश्रण में मिलाया गया क्षार एसिटिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है:

CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O.

ओएच - आयन एसिटिक एसिड के एच + आयनों द्वारा असंबद्ध पानी के अणुओं में बंधे होते हैं। हालाँकि, एसिटिक एसिड अणुओं के पृथक्करण के परिणामस्वरूप इन आयनों की हानि की पूर्ति हो जाती है। इस प्रकार, क्षार मिलाने के बाद घोल का पीएच लगभग अपरिवर्तित रहेगा।

यदि आप साफ पानी में क्षार मिलाते हैं, तो सभी OH-आयन घोल में बने रहेंगे। OH-आयनों की सांद्रता तेजी से बढ़ेगी, H+ आयनों की सांद्रता तदनुसार कम हो जाएगी और समाधान का pH स्पष्ट रूप से बदल जाएगा।

इसी तरह की घटनाएं तब देखी जाती हैं जब अन्य बफर मिश्रणों में थोड़ी मात्रा में एसिड और क्षार मिलाए जाते हैं।

बफ़र क्रिया का तंत्र (अमोनिया बफ़र के उदाहरण का उपयोग करके)

आइए अमोनिया बफर सिस्टम के उदाहरण का उपयोग करके बफर सिस्टम की क्रिया के तंत्र पर विचार करें: NH 4 OH (NH 3 x H 2 O) + NH 4 C1।

अमोनियम हाइड्रॉक्साइड एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है; समाधान में यह आंशिक रूप से आयनों में अलग हो जाता है:

एनएच 4 ओह<=>एनएच 4 + + ओएच -

जब अमोनियम क्लोराइड को अमोनियम हाइड्रॉक्साइड के घोल में मिलाया जाता है, तो नमक, एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट के रूप में, लगभग पूरी तरह से आयनों NH 4 C1 > NH 4 + + C1 में अलग हो जाता है - और आधार के पृथक्करण को दबा देता है, जिसका संतुलन की ओर स्थानांतरित हो जाता है। उलटी प्रतिक्रिया. इसलिए, सी (एनएच 4 ओएच)? सी (आधार); और सी (एनएच 4 +)? सी (नमक).

यदि बफर समाधान में C (NH 4 OH) = C (NH 4 C1), तो pH = 14 - pKosn। = 14 + लॉग 1.8.10-5 = 9.25।

किसी घोल के पीएच मान को लगभग स्थिर बनाए रखने के लिए बफर मिश्रण की क्षमता इस तथ्य पर आधारित है कि उनके घटक घोल में पेश किए गए H+ और OH- आयनों को बांधते हैं या इस घोल में होने वाली प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं। जब अमोनिया बफर मिश्रण में एक मजबूत एसिड जोड़ा जाता है, तो H+ आयन H+ आयनों की सांद्रता बढ़ाने और समाधान के पीएच को कम करने के बजाय अमोनिया या अमोनियम हाइड्रॉक्साइड अणुओं से बंध जाएंगे।

क्षार मिलाते समय, OH - आयन NH 4 + आयनों को बांध देंगे, जिससे घोल का पीएच बढ़ने के बजाय थोड़ा अलग यौगिक बन जाएगा।

जैसे ही बफर समाधान (संयुग्म आधार या संयुग्म एसिड) के घटकों में से एक पूरी तरह से भस्म हो जाता है, बफरिंग प्रभाव समाप्त हो जाता है।

मजबूत एसिड और बेस के प्रभाव का विरोध करने के लिए बफर समाधान की क्षमता को मात्रात्मक रूप से चिह्नित करने के लिए, बफर क्षमता नामक मान का उपयोग किया जाता है। जैसे-जैसे बफर समाधान की सांद्रता बढ़ती है, एसिड या क्षार मिलाए जाने पर पीएच में परिवर्तन का विरोध करने की इसकी क्षमता बढ़ती है।

थोड़ी मात्रा में अम्ल या क्षार मिलाने पर पीएच मान को निश्चित सीमा के भीतर बनाए रखने के विलयन के गुण को बफरिंग क्रिया कहा जाता है। जिन समाधानों में बफरिंग प्रभाव होता है उन्हें बफर मिश्रण कहा जाता है।

अनुमापन मामले के लिए: ऑक्सालिक एसिड और पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड, अनुमापन वक्र बनाएं, अनुमापन मामले, अनुमापन छलांग, तुल्यता बिंदु, प्रयुक्त संकेतक इंगित करें

अनुमापन छलांग: pH = 4-10. % में अधिकतम त्रुटि 0.4 से कम है।

संकेतक - थाइमोल्फथेलिन, फिनोलफ्थेलिन।

अपचायक, तत्वों की आवर्त सारणी के कौन से तत्व अपचायक हो सकते हैं और क्यों?

अपचायक वह पदार्थ है जो किसी प्रतिक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉन छोड़ता है, अर्थात। ऑक्सीकरण करता है।

कम करने वाले एजेंट तटस्थ परमाणु, नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए गैर-धातु आयन, कम ऑक्सीकरण अवस्था में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए धातु आयन, जटिल आयन और मध्यवर्ती ऑक्सीकरण अवस्था में परमाणुओं वाले अणु हो सकते हैं।

तटस्थ परमाणु. विशिष्ट कम करने वाले एजेंट ऐसे परमाणु होते हैं जिनके बाहरी ऊर्जा स्तर में 1 से 3 इलेक्ट्रॉन होते हैं। कम करने वाले एजेंटों के इस समूह में धातुएं शामिल हैं, यानी। एस-, डी- और एफ-तत्व। हाइड्रोजन और कार्बन जैसी अधातुएँ भी अपचायक गुण प्रदर्शित करती हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाओं में वे इलेक्ट्रॉन छोड़ते हैं।

मजबूत कम करने वाले एजेंट कम आयनीकरण क्षमता वाले परमाणु होते हैं। इनमें तत्वों की आवधिक प्रणाली डी.आई. के पहले दो मुख्य उपसमूहों के तत्वों के परमाणु शामिल हैं। मेंडेलीव (क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु), साथ ही अल, फ़े, आदि।

आवधिक प्रणाली के मुख्य उपसमूहों में, परमाणुओं की बढ़ती त्रिज्या के साथ तटस्थ परमाणुओं की कम करने की क्षमता बढ़ जाती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, श्रृंखला Li - Fr में, कमजोर कम करने वाला एजेंट Li होगा, और मजबूत कम करने वाला एजेंट Fr होगा, जो आम तौर पर आवर्त सारणी के सभी तत्वों का सबसे मजबूत कम करने वाला एजेंट है।

नकारात्मक रूप से आवेशित अधातु आयन। एक तटस्थ अधातु परमाणु में एक या अधिक इलेक्ट्रॉन जोड़ने से नकारात्मक रूप से आवेशित आयन बनते हैं:

इसलिए, उदाहरण के लिए, सल्फर और आयोडीन के तटस्थ परमाणु, जिनके बाहरी स्तर पर 6 और 7 इलेक्ट्रॉन होते हैं, क्रमशः 2 और 1 इलेक्ट्रॉन जोड़ सकते हैं, और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों में बदल सकते हैं।

नकारात्मक रूप से आवेशित आयन मजबूत कम करने वाले एजेंट होते हैं, क्योंकि उपयुक्त परिस्थितियों में वे न केवल कमजोर रूप से रखे गए अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को छोड़ सकते हैं, बल्कि अपने बाहरी स्तर के इलेक्ट्रॉनों को भी छोड़ सकते हैं। इसके अलावा, एक अधातु ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में जितनी अधिक सक्रिय होती है, नकारात्मक आयन की स्थिति में उसकी कम करने की क्षमता उतनी ही कमजोर होती है। और इसके विपरीत, एक अधातु ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में जितनी कम सक्रिय होती है, वह कम करने वाले एजेंट के रूप में नकारात्मक आयन अवस्था में उतनी ही अधिक सक्रिय होती है।

समान आवेश वाले ऋणावेशित आयनों की अपचायक क्षमता बढ़ती परमाणु त्रिज्या के साथ बढ़ती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, हैलोजन के समूह में, आयोडीन आयन में ब्रोमीन और क्लोरीन आयनों की तुलना में अधिक कम करने की क्षमता होती है, जबकि फ्लोरीन बिल्कुल भी कम करने वाले गुणों का प्रदर्शन नहीं करता है।

सबसे कम ऑक्सीकरण अवस्था में धनात्मक रूप से आवेशित धातु आयन। सबसे कम ऑक्सीकरण अवस्था में धातु आयन बाहरी आवरण से इलेक्ट्रॉनों के केवल एक हिस्से की हानि के परिणामस्वरूप तटस्थ परमाणुओं से बनते हैं। उदाहरण के लिए, टिन, क्रोमियम, लोहा, तांबा और सेरियम के परमाणु, जब अन्य पदार्थों के साथ बातचीत करते हैं, तो शुरू में न्यूनतम संख्या में इलेक्ट्रॉन छोड़ सकते हैं।

निम्न ऑक्सीकरण अवस्था में धातु आयन अपचायक गुणों का प्रदर्शन कर सकते हैं यदि उच्च ऑक्सीकरण अवस्था वाली अवस्थाएँ उनके लिए संभव हों।

ओवीआर समीकरण में, इलेक्ट्रॉनिक संतुलन विधि का उपयोग करके गुणांकों को व्यवस्थित करें। ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट को निर्दिष्ट करें।

K 2 Cr 2 O 7 + 6FeSO 4 + 7H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

1 Cr 2 +6 +3e x 2 Cr 2 +3 ऑक्सीकरण एजेंट

6 Fe +2 - 1e Fe +3 कम करने वाला एजेंट

2KMnO 4 + 5H 2 S + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO4 + 5S + 8H 2 O

2 एमएन +7 + 5ई एमएन +2 ऑक्सीकरण एजेंट

5 एस -2 - 2ई एस 0 कम करने वाला एजेंट

बफर सिस्टम(बफ़र्स) ऐसे समाधान हैं जिनमें एसिड या क्षार जोड़ते समय और कमजोर पड़ने के दौरान हाइड्रोजन आयनों की पर्याप्त, लगातार और निरंतर एकाग्रता बनाए रखने की संपत्ति होती है।

बफर सिस्टम (मिश्रण या समाधान) संरचना में दो मुख्य प्रकार के होते हैं:

क) एक कमजोर अम्ल और एक मजबूत आधार द्वारा निर्मित उसके नमक से;

बी) एक कमजोर आधार और एक मजबूत एसिड द्वारा गठित इसके नमक से।

व्यवहार में, निम्नलिखित बफर मिश्रण अक्सर उपयोग किए जाते हैं: एसीटेट बफर सीएच 3 सीओओएच + सीएच 3 कूना, बाइकार्बोनेट बफर एच 2 सीओ 3 + एनएएचसीओ 3, अमोनिया बफर एनएच 4 ओएच + एनएच 4 सीएल, प्रोटीन बफर प्रोटीन एसिड + प्रोटीन नमक, फॉस्फेट बफर NaH 2 PO 4 + Na 2 HPO 4

फॉस्फेट बफर मिश्रण में दो लवण होते हैं, जिनमें से एक मोनोमेटैलिक नमक होता है और दूसरा फॉस्फोरिक एसिड का डिमेटैलिक नमक होता है।

एसीटेट बफर.

चलो गौर करते हैं बफरिंग तंत्र. जब हाइड्रोक्लोरिक एसिड को एसीटेट बफर में जोड़ा जाता है, तो मिश्रण के घटकों में से एक (CH3COOH) के साथ परस्पर क्रिया होती है; समीकरण (ए) से, मजबूत एसिड को कमजोर एसिड की समतुल्य मात्रा से प्रतिस्थापित किया जाता है (इस मामले में, एचसीएल को सीएच 3 सीओओएच द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है)। ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम के अनुसार, एसिटिक एसिड की सांद्रता में वृद्धि से इसके पृथक्करण की डिग्री कम हो जाती है, और परिणामस्वरूप, बफर में H + आयनों की सांद्रता थोड़ी बढ़ जाती है। जब क्षार को बफर घोल में मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयनों और पीएच की सांद्रता भी थोड़ी बदल जाती है। क्षार एक तटस्थीकरण प्रतिक्रिया के माध्यम से बफर के एक अन्य घटक, (सीएच 3 सीओओएच) के साथ प्रतिक्रिया करेगा। इसके परिणामस्वरूप, अतिरिक्त क्षार को कमजोर क्षारीय नमक की समतुल्य मात्रा से प्रतिस्थापित कर दिया जाता है, जो माध्यम की प्रतिक्रिया को कुछ हद तक प्रभावित करता है। इस नमक के पृथक्करण के दौरान बनने वाले CH3COO~ आयनों का एसिटिक एसिड के पृथक्करण पर कुछ निरोधात्मक प्रभाव होगा।

बफर समाधान, उनकी संरचना के आधार पर, 2 मुख्य प्रकारों में विभाजित होते हैं: अम्लीय और बुनियादी।

अम्लीय बफर का एक उदाहरण एक एसीटेट बफर समाधान है जिसमें एसिटिक एसिड और सोडियम एसीटेट (CH3COOH + CH3COONa) का मिश्रण होता है। जब इस तरह के घोल में एक एसिड मिलाया जाता है, तो यह नमक के साथ संपर्क करता है और एक कमजोर एसिड की समतुल्य मात्रा को विस्थापित करता है: CH3COONa + HCl ó CH 3 COOH + NaCl। घोल में प्रबल अम्ल के स्थान पर दुर्बल अम्ल बनता है और इसलिए pH मान थोड़ा कम हो जाता है। यदि इस बफर घोल में क्षार मिलाया जाता है, तो यह एक कमजोर एसिड द्वारा बेअसर हो जाता है, और घोल में बराबर मात्रा में नमक बनता है: CH3COOH + NaOH ó CH3COONa + H 2 O। परिणामस्वरूप, पीएच लगभग नहीं बढ़ता है . एक बफर समाधान में पीएच की गणना करने के लिए, एक उदाहरण के रूप में एसीटेट बफर का उपयोग करते हुए, हम इसमें होने वाली प्रक्रियाओं और एक दूसरे पर उनके प्रभाव पर विचार करेंगे। सोडियम एसीटेट लगभग पूरी तरह से आयनों में अलग हो जाता है, एसीटेट आयन कमजोर एसिड के आयन की तरह हाइड्रोलिसिस से गुजरता है: CH3COONa -> Na + + CH 3 COO ~ CH3COO - + NOH ó CH3COON + OH -। एसिटिक एसिड, जो बफर में भी शामिल है, केवल कुछ हद तक अलग होता है: CH3COOH ó CH 3 COO + H - CH3COOH का कमजोर पृथक्करण CH3COON की उपस्थिति में और भी अधिक दब जाता है, इसलिए असंबद्ध एसिटिक एसिड की सांद्रता को लिया जाता है लगभग इसकी प्रारंभिक सांद्रता के बराबर: [CH3COOH] = c r । दूसरी ओर, घोल में एसिड की उपस्थिति से नमक का जल-अपघटन भी रुक जाता है। इसलिए, हम मान सकते हैं कि एसिड पृथक्करण के परिणामस्वरूप गठित एसीटेट आयनों की सांद्रता को ध्यान में रखे बिना बफर मिश्रण में एसीटेट आयनों की एकाग्रता व्यावहारिक रूप से प्रारंभिक नमक एकाग्रता के बराबर है: [CH3COO] = सी सी . इस समीकरण को बफर समाधान समीकरण (हेंडरसन हैसलबैक समीकरण) कहा जाता है ). एक कमजोर एसिड और उसके नमक द्वारा गठित बफर समाधान के लिए उनके विश्लेषण से पता चलता है कि बफर समाधान में हाइड्रोजन आयनों की एकाग्रता कमजोर एसिड के पृथक्करण स्थिरांक और एसिड और नमक की सांद्रता के अनुपात से निर्धारित होती है। बुनियादी प्रकार के बफर सिस्टम के लिए हेंडरसन-हैसलबैक समीकरण:

31. बफर समाधान की क्षमता और इसे निर्धारित करने वाले कारक। रक्त बफर सिस्टम. हाइड्रोजन कार्बोनेट बफर. फॉस्फेट बफर।

बफ्फर क्षमता(बी) मजबूत एसिड या मजबूत आधार की मात्रा है जिसे एक लीटर बफर समाधान में पीएच को एक से बदलने के लिए जोड़ा जाना चाहिए। इसे mol/l में या अधिक बार mmol/l में व्यक्त किया जाता है और यह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है: B = (c V) / d pH Vb, जहां B बफर क्षमता है; c एक मजबूत अम्ल या क्षार (mol/l) की सांद्रता है; V अतिरिक्त मजबूत इलेक्ट्रोलाइट (एल) की मात्रा है; वी बी - बफर समाधान की मात्रा (एल); डी पीएच - पीएच में परिवर्तन।

निरंतर पीएच मान बनाए रखने के लिए समाधानों की क्षमता असीमित नहीं है। बफर मिश्रण को बफर समाधान में पेश किए गए एसिड और बेस की कार्रवाई के प्रति उनके प्रतिरोध की ताकत से पहचाना जा सकता है।

एसिड या क्षार की वह मात्रा जिसे 1 लीटर बफर घोल में मिलाया जाना चाहिए ताकि इसका पीएच मान एक से बदल जाए, बफर क्षमता कहलाती है।

इस प्रकार, बफर क्षमता किसी समाधान के बफरिंग प्रभाव का एक मात्रात्मक माप है। एक बफर समाधान में अम्ल या क्षार के pH = pK पर अधिकतम बफर क्षमता होती है, जिससे मिश्रण बनता है और इसके घटकों का अनुपात एकता के बराबर होता है। बफर मिश्रण की प्रारंभिक सांद्रता जितनी अधिक होगी, उसकी बफर क्षमता उतनी ही अधिक होगी। बफर क्षमता बफर समाधान की संरचना, एकाग्रता और घटकों के अनुपात पर निर्भर करती है।

आपको सही बफ़र सिस्टम चुनने में सक्षम होना चाहिए। चुनाव आवश्यक पीएच रेंज द्वारा निर्धारित किया जाता है। बफर एक्शन ज़ोन एसिड (बेस) ±1 यूनिट की ताकत से निर्धारित होता है।

बफर मिश्रण चुनते समय, इसके घटकों की रासायनिक प्रकृति को ध्यान में रखना आवश्यक है, क्योंकि समाधान के पदार्थ जिनमें जोड़े जाते हैं

बफर सिस्टम, अघुलनशील यौगिक बना सकता है और बफर सिस्टम के घटकों के साथ बातचीत कर सकता है।