بخشی از مقاله
چکیده
بافرها محلول هایی هستند که pH آن ها در اثر افزودن مقدار کمی اسید یا باز تغییر چندانی نمی کند. آن چه از این تعریف بر می آید این است که محلول بافر به طریقی می تواند هم اسید و هم باز اضافه شده را خنثی کند به عبارت دیگر یک محلول بافر هم خنثی کننده اسید و هم خنثی کننده باز است و این ویژگی ها را باید در اجزای سازنده ی یک محلول بررسی کرد. این محلول ها برای سیستم های شیمیایی و بیولوژیک بسیار مهم هستند. برای مثال pH خون انسان حدود 7/4 است و ثابت نگه داشتن آن در بدن برای عملکرد درست آنزیم ها بسیار مهم است و یا واکنش های شیمیایی مهمی که احتیاج به ثابت نگه داشتن pH محلول دارد.
کلمات کلیدی: محلول بافر یا محافظ، ویژگی های بافر، تهیه ی محلول بافر و کاربرد آن.
.1 مقدمه
یک محلول بافر شامل یک اسید یا باز ضعیف و نمک آن است. باید هر دو جزء در محلول وجود داشته باشد تا محلول در برابر تغییر pHمقاوم باشد. از این تعریف چنین بر می آید که محلول بافر باید شامل مقدار نسبتاً زیادی از یک اسید باشد تا بتواندبا هریون 2+- که اضافه می شود و یا به طور مشابه حاوی مقدار قابل توجهی از یک باز باشد تا بتواند با یون های +32+ اضافه شده واکنش بدهد. از طرف دیگر، گونه های اسیدی و بازی در یک محلول بافر باید یکدیگر را خنثی نکنند. این شرایط با یک جفت اسید- باز مزدوج، یعنی یک اسید ضعیف و باز مزدوج آن یا یک باز ضعیف و اسید مزدوج آن، برآورده می شود. به عنوان مثال از افزودن مقداری استیک اسید - &+3&22+ - و نمک آن یعنی سدیم استات - &+3&221D - به آب می توان یک محلول بافر اسیدی تهیه کرد. این محلول می تواند اسید یا باز اضافه شده را خنثی کند.
سدیم استات بر اثر انحلال در آب به طور کامل به یون های سازنده اش تفکیک می شود.حال اگر یک اسید به این محلول اضافه شود، یون های +32+ آن با باز مزدوج یعنی &+3&22- - DT - در محلول بافر خنثی میشوند.این واکنش ها باعث می شوند که pHمحلول بافر در اثر افزایش اسید و یا باز تقریباً ثابت بماند. به عنوان مثال از افزودن مقداری آمونیاک به عنوان باز - 1+3 - و نمک آن یعنی آمونیم کلرید - 1+4&O - به آب می توان یک محلول بافر بازی تهیه کرد. این محلولمی تواند اسید یا باز اضافه شده را خنثی کند. آمونیم کلرید بر اثر انحلال در آب به طور کامل به یون های سازنده اش تفکیک میشود.چون آمونیاک یک باز ضعیف است، در محلول آبی به سرعت در شرایط تعادلی زیر قرار می گیرد.
این واکنش ها باعث می شوند که pHمحلول بافر در اثر افزایش اسید و یا باز تقریباً ثابت بماند. بدیهی است مقاومت محلول های بافر در برابر افزایش مقدار اندکی اسید یا باز قابل درک است. میزان موثر بودن یک محلول بافر را با ظرفیت بافری می سنجند. ظرفیت بافری بستگی به میزان اسید و باز مزدوجی دارد که محلول بافر از آن ها ساخته شده است. هر چقدر این مقادیر بیشتر باشند ظرفیت بافری نیز بزرگ تر است. به حداکثر اسید یا بازی که می توان تا پیش از مشاهده ی یک تغییر شدید در S+ ، به یک بافر اضافه کرد، ظرفیت بافر می گویند. ظرفیت بافر نه تنها به غلظت کل دو جزء، بلکه به نسبت غلظت آن ها نیز بستگی دارد. هیچ بافری ظرفیت نامحدود ندارد.
مقدار S+پلاسمای خون انسان تقریباً ثابت و برابر 7/4 است. تنظیم میزان اسیدی بودن خون بر عهده ی پروتیئنی به نام کربنیک آنهیداز - CA - است. این پروتئین کاتالیزگر واکنش زیر می باشد.
5 لیتر خون انسان حداکثر می تواند افزایش 150 mL محلول 1 mol./-1 هیدروکلریک اسید را از طریق سامانه ی بافری خودبپذیرد. مصرف دارو، خوردن میوه ها و برخی از مواد غذایی و هم چنین عوامل محیطی مانند فشار هوا می تواند میزان S+ خونرا تغییر دهد اما خون انسان به یک سامانه ی بافری مجهز است و S+ آن تغییر چندانی نمی کند. هرگونه انحراف از این مقدارS+،خطرناک است و می تواند به مرگ بینجامد.
.2 چگونه می توان یک محلول بافر با pH مشخص تهیه کرد؟
برای تهیه یک محلول بافر با pH مشخص می توان از رابطه ی موسوم به هندرسون-هسلباخ استفاده کرد. با توجه به مطالب قبل متوجه شدیم که غلظت +32+ در یک محلول بافر به ثابت تفکیک اسید ضعیف و نسبت غلظت های }باز مزدوج/اسید ضعیف{ بستگی دارد.این رابطه را می توان به صورت لگاریتمی نوشت.اگر-ORJ.D را به صورت S.D نشان دهیم و در نظر بگیریم که: رابطه ی زیر به دست می آید که معادله ی هندرسون- هسلباخ نامیده می شود:
