محلول ها و حلال های شیمیایی

از سیر تا پیاز محلول بافر!

محلول های مورد استفاده در علم شیمی تنوع بالایی دارند و بر اساس مشخصه ها و ویژگی هایی که دارند دسته بندی می شوند.

علاوه بر این ها، مشخصات و ویژگی های منحصر به فرد ترکیبات متفاوت مورد استفاده در علم شیمی، کاربرد های متنوع آن ها را نیز مشخص می کند.

در بین محلول ها و ترکیبات متفاوت دنیای شیمی دان ها، محلول های بافر یکی از پر کاربرد ترین و جالب توه ترین این ترکیبات محسوب می شوند.

بافر ها را می توان در زمینه های متفاوت مورد استفاده قرار داد. این ترکیبات مشخصات منحصر به فردی دارند که منجر به کاربرد های متنوع آن ها نیز شده است.

در ادامه این مطلب می خواهیم محلول بافر را به صورت کامل مورد بررسی قرار دهیم و ببینیم به چه ترکیباتی بافر گفته می شود.

علاوه بر این کاربرد ها و خواص متنوع محلول های بافر را به صورت کامل مورد بحث قرار می دهیم تا به این ترتیب از سیر تا پیاز محلول بافر را بدانیم.

محلول بافر چیست؟

محلول های بافر حالت مایع دارند. بافر ها می توانند برابر تغییراتی که در PH محیط ایجاد می شود مقاومت کرده و به این ترتیب وجود یک ترکیب اسیدی یا بازی نمی تواند روی این محلول ها تاثیری بگذارد و PH در آن ها ثابت می ماند. به محلول های بافری تامپون نیز گفته می شود.

برای دست یابی به یک محلول بافر، باید یک اسید ضعیف را با ترکیب باز مزدوج آن مخلوط کرد. البته این ترکیب می تواند بالعکس نیز شود. یعنی می توان یک باز ضعیف را با ترکیب اسید مزدوج آن مخلوط کرد. در نهایت یک بافر از ترکیب اسید و باز به دست می آید.

بافر های موجود در علم شیمی بسیار متنوع اند.

هدف از به کار بردن آن ها در آزمایشات متفاوت حفظ ثبات در PH محیط آزمایش است، چرا که این ترکیبات با افزوده شدن اسید قوی یا یک باز قوی به محیط، مقاومت بالایی در برابر تغییر دارند.

بنابراین زمینه کاربرد اصلی محلول بافر هر چه که باشد، هدف از به کار بردن آن حفظ تعادل PH محیط است. جالب است بدانید که در محیط های طبیعی می توان سیستم بافری متنوعی را دید.

تعریف بافر های اسیدی

زمانی که یک محلول بافر را به عنوان یک بافر اسیدی معرفی می کنیم در واقع می گوییم که یک اسید ضعیف را با نمک آن مخلوط کرده ایم.

در این حالت pH محلول به دست آمده معمولا کم تر از 7 خواهد بود. یکی از مثال های شناخته شده از بافر های اسیدی، مخلوطی از اتانوییک اسید و اتانوات سدیم است.

یک نمونه محلول بافر با تصویر معرفی می شود:

محلول بافر

 

تعریف بافر های بازی

در مقابل بافر های اسیدی بافر های بازی قرار دارد. یک محلول بافر بازی از ترکیب یک باز ضعیف به همراه نمک آن تشکیل شده است. به این ترتیب نیز معمولا pH این دسته از محلول های بافری بازی بیش تر از 7 است.

مثال شناخته شده و پر استفاده بافر های بازی نیز مخلوط آمونیاک با آمونیوم کلراید است.

عملکرد یک محلول بافر به چه صورت است؟

عملکرد این محلول ها به فرایند ساخت آن ها و ترکیب شان مربوط می شود. در واقع زمانی که یک بافر از ترکیب شدن یک اسید و باز مردوج آن یا بالعکس تولید می شود، میان باز و اسید ترکیب شده یک تعادل برقرار می شود.

به این ترتیب با اضافه شدن ترکیبات اسیدی قوی به محیط یا همچنین باز های قدرتمند، این تعادل موجب جبران غلظت H می شود. به این ترتیب جدای از نوع ترکیبات اضافه شده به محیط آزمایش، وجود این محلول بافر می تواند منجر به حفظ تعادل pH محیط شود.

در واقع یک محلول بافری این قابلیت و ظرفیت را دارد تا هر گونه یون هیدروژن یا یون هیدورکسیدی که شما به محیط اضافه می کنید را حذف کند تا به این طریق مانع از تغییر pH محیط شوند. البته بافر های اسیدی و بازی این فرایند را به روش های متفاوتی انجام می دهند.

ظرفیت بافری چیست؟

درست است که بافر ها را محلول هایی در نظر می گیریم که در مقابل ورود ترکیبات اسیدی و بازی مقاومت می کنند و pH آن ها تقریبا ثابت می ماند یا تغییراتی جزئی می کند، اما با این وجود این ترکیبات نیز یک ظرفیت دارند.

به این ترتیب برای محلول های بافر نیز یک اصطلاح تحت عنوان ظرفیت بافری تعریف می شود.

به این ترتیب معین می شود که هر محلول بافری تا چه میزان می تواند در برابر تغییرات pH محیط مقاومت کند. یعنی تا چه میزان افزوده شدن اسید یا باز قوی به محیط می تواند pH را تغییر دهد.

انواع محلول های بافری که می شناسیم

همان طور که گفته شد، محلول هایی که به عنوان بافر می شناسیم و مورد استفاده قرار می دهیم تنوع بالایی دارند. این محلول ها بر اساس اسیدی یا بازی بودن شان دسته بندی می شوند. برای مثال یکی از محلول های بافر معروفی که با آن سر و کار داریم، محلول بافر حاصل از ترکیب اسید استیک با سدیم استات است.

ترکیب آمونیوم کلرید به همراه آمونیاک نیز یک مثال دیگر از محلول های بافری است که در زمینه های متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد. بافر کربنات و بی کربنات سدیم نیز از جمله دیگر بافر های شناخته شده در علم شیمی است.

اما در این میان یکی از معروف ترین و شناخته شده ترین بافر هایی که با آن مواجه هستیم، خون است. خون را می توان به عنوان یک سیستم بافری طبیعی در نظر گرفت.

محلول بافر موجود در پلاسمای خون، ترکیبی از کربنیک اسید و بی کربنات است. وجود این بافر در خون موجب شده تا pH خون در یک بازه نرمال و ثابت باقی بماند.

محلول های بافر در چه زمینه هایی کاربرد دارند؟

این محلول ها کاربرد ها و خواص متعددی دارند. برای نمونه همین سیستم بافری طبیعی که در بدن ما وجود دارد، برای حفظ pH بدن و حفظ عملکرد پروتئین ها و آنزیم های بدن مورد نیاز است.

به این ترتیب می توان کاربرد و خواص این دسته از بافر ها را در زمینه بیولوژیکی در نظر گرفت. به دلیل خواص و کاربرد محلول های بافری، در بیش تر مواقع به منظور حفظ و نگهداری نمونه های زیستی متفاوت از محلول بافر استفاده می شود.

علاوه بر بافر های طبیعی که در محیط وجود دارند، بافر های صنعتی و آزمایشگاهی نیز در زمینه های متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی از صنایعی که به مراتب از محلول بافر در آن استفاده می شود، صنعت رنگرزی پارچه یا همان نساجی است.

علاوه بر این به منظور انجام فرایند های تخمیری در صنعت از محلول های بافر استفاده می شود.

در زمینه های صنعت آبکاری و تهیه و تولید محصولات چرمی نیز از محلول های بافر مختلف استفاده می شود.

اما شاید عمده کاربرد محلول های بافر را بتوان در انجام آزمایشات متفاوت شیمی و آزمایشات زیستی در آزمایشکاه در نظر گرفت.

از این محلول ها برای انجام طیف وسیعی از آنالیز های شیمیایی استفاده می شود.

کاربرد دیگر بافر ها در آزمایشگاه ها و انجام کار های تحقیقاتی به منظور انجام فرایند کالیبراسیون ابزار های متفاوت از جمله pH متر ها می باشد.

چگونه می توان یک محلول بافر آماده کرد؟

به صورت کلی به منظور تهیه محلول های بافر متفاوت از سه روش اصلی استفاده می شود.

در روش اول، باید ابتدا باز یا اسید ضعیف مورد نظر را در آب حل کنیم. آب مورد استفاده در این محلول باید به میزان 60 درصد از حجم کل محلول ما باشد. بعد از اضافه شدن اسید یا باز ضعیف باید PH محلول را اندازه گیری کنید. در ادامه برای رسیدن به محلول بافر مورد نظر خود باید یک اسید قوی یا باز قوی ( بسته به اسیدی یا بازی بودن محلول اولیه ) را به محلول بیافزایید.

 

در روش دوم به منظور تهیه بافر مورد نظر، محلول های اسیدی و بازی را به صورت مجزا تهیه کنید. حال با اندازه گیری و مانیتور کردن دائمی pH محلول ها، یکی از محلول ها را به دیگری اضافه کنید. نکته ای که در این روش باید به آن توجه داشت این است که غلظت هر دو محلول باید کاملا با هم یکسان باشد.

 

روش سوم تهیه محلول بافر، مربوط به معادله هندرسون – هاسل باخ است. این معادله به شما کمک می کند تا یک بافر با pH دقیق و میزان مشخصی از اسید و باز مردوج آن یا بالعکس را بسازید. در زیر می توانید معادله هندرسون – هاسل باخ را مشاهده نمایید.

pH = pKa + Log ( A/HA )

در معادله بالا منظور از pH غلظت یون هیدروژن مورد نیاز است. معنی pKa نیز ثابت تفکیک اسید است. در نهایت A و HA نیز تعیین کننده غلظت های اسید و باز مزدوج آن است.

چه محلول بافری برای کار ما مناسب است؟

برای پاسخ به این سوال باید در ابتدا به موارد مهمی که در خصوص محلول های بافر اهمیت دارد اشاره کنیم. اولین موضوعی که کیفیت و کارکرد قابل قبول یک محلول بافر را تعیین می کند، غلظت درست و یکسان هر دو جزئی است که به عنوان اسید و باز در محلول مورد استفاده قرار گرفته اند.

اگر این دو غلظت یکسانی نداشته باشند، کارکرد بافر آن چیزی نیست که انتظار می رود و محلول ما عملکرد قابل قبولی برای حفظ تعادل pH محیط نخواهد داشت. موضوع دیگری که اهمیت دارد این است که بدانید چه محلول بافری را خریداری می کنید.

اگر محلول شما اسیدی باشد، طبیعتا pH آن باید کمی از 7 پایین تر باشد. در مقابل محلول های بازی وجود دارد که با استفاده از باز های ضعیف تهیه شده اند و pH آن ها کمی از 7 بالا تر است. با در نظر داشتن این مشخصه و زمینه کاربرد بافر، باید بافر مورد نظر خود را انتخاب کنید.

شرایط نگهداری محلول های بافر اهمیت زیادی دارد

محلول های بافر ترکیبات حساسی هستند و از همین حیث نیز به شرایط نگهداری به خصوصی نیاز دارند. این ترکیبات یک طول عمر مشخص دارند.

تاریخ انقضای محلول های صنعتی که به صورت آماده خریداری می شوند روی آن ها درج شده است. با این حال اگر درست نگهداری نشوند، برای مثال درب بسته بندی آن ها باز باشد، این مدت زمان کم تر نیز می شود.

به همین دلیل بهتر است این محلول ها در ظرف های به خصوصی نگهداری شوند. اگر محلول بافر خود را به صورت شرکتی تهیه کرده اید، ظرف طراحی شده توسط خود شرکت ایده آل ترین ظرف برای نگهداری محلول بافر مورد نظر خواهد بود. حتما از بسته بودن درب محلول مطمئن شده و به تاریخ انقضای درج شده روی آن نیز توجه کنید.

در نهایت نیز برای نگهداری هر چه بهتر محلول های بافر خود، بهتر است آن ها را در دمای محیط نگهداری کنید. افزایش زیاد از حد دما یا سرد بودن محیط نگهداری بافر می تواند روی خواص و کارکرد آن تاثیر زیادی بگذارد.

در هنگام خرید یک محلول بافر به چه نکاتی باید توجه داشت؟

اولین و مهم ترین موضوعی که در زمان خرید محلول های بافر باید در نظر داشته باشید، خرید یک محلول با کیفیت و تضمین شده است. به همین دلیل حتما در هنگام خرید محلول بافر مورد نظر خود حتما مشخصات درج شده روی محصول را بررسی کنید.

مواردی از جمله استاندارد های لازم، تاریخ تولید و انقضای محصول و مواردی از این قبیل را باید حتما در هنگام خرید در نظر گرفت. از همه مهم تر این که در کل بهتر است محلول مورد نظر خود را حتما از تولید کننده ها و فروشگاه های معتبر تهیه کنید.

نکته مهم دیگری که وجود دارد نوع بافر و pH معرفی شده برای آن است. همان طور که پیش از این نیز به آن اشاره شد، بافر های اسیدی و بافر های بازی مشخصه های متفاوتی دارند.

مهم ترین آن ها نیز pH نهایی بافر است. حتما در هنگام استفاده از محلولی که خریداری کرده اید، pH آن را اندازه گیری کرده و آن را با pH  مشخص شده روی محصول مقایسه کنید. به این ترتیب می توانید از کیفیت و قابل اطمینان بودن محلول بافر مورد نظر مطمئن شوید.

علاوه بر این موارد، از آن جایی که محلول بافر ترکیب حساسی است و ممکن است در برخی شرایط کارکرد خود را به دلیل نگهداری نامناسب از دست دهد، بهتر است حجمی که خریداری می کنید را متناسب با نیاز و کاربرد محلول بافر انتخاب نمایید.

علاوه بر این بررسی کنید که تا اتمام تاریخ انقضای محلول بافر مورد نظر مدت زمان کمی باقی نمانده باشد. زیرا بافر ها بعد از اتمام تاریخ انقضا خواص خود را از دست می دهند.

 

برچسب‌ها

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن