تعريف محلول بفر (المحلول المنظم)

المحلول المنظم أو محلول بفر (بالإنجليزيّة: Buffer Solution) هو محلول مائي يمكنه مقاومة تغير الرقم الهيدروجيني عند إضافة حمض أو قاعدة إليه، كما أنّه يحتوي على حمض ضعيف وقاعدته المرافقة، أو قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق، إذْ يتغير الرقم الهيدروجيني للمحلول المنظم بنسبة ضئيلة عند إضافة كمية قليلة من حمض أو قاعدة قوية إليه، وهو يستخدم لمنع حدوث أي تغييرات في الرقم الهيدروجيني للمحلول، وتُستخدم المحاليل المنظمة كوسيلة للحفاظ على الرقم الهيدروجيني عند قيمة ثابتة في عدد من التطبيقات الكيميائية، ويشار إلى أن الدم في جسم الإنسان يعدّ محلولًا منظمًا.[١]


مثال على المحلول المنظم

من الأمثلة على المحلول المنظم هو محلول حمض الأسيتيك الضعيف (CH3COOH) وأسيتات الصوديوم الصلبة (CH3COONa)، حيث يتم فصل أسيتات الصوديوم في المحلول المائي تمامًا إلى أيونات الصوديوم (Na) وأيونات الأسيتات (C H3COO)، ويمكن معرفة تركيز أيون الهيدروجين في المحلول المنظم من خلال العلاقة الآتية:[١][٢]





حيث Ka هو ثابت التأيّن لحمض الأسيتيك، والتعبيرات الموجودة بين القوسين تدل على تركيزات المواد المذكورة (حمض الأسيتيك وأيون الأسيتات)، حيث يعتمد تركيز أيون الهيدروجين في المحلول المنظم على الكميات النسبيّة لحمض الأسيتيك وأيون الأسيتات الموجودة في المحلول، ولا بدّ من معرفة أنّه إضافة حمض أو قاعدة إلى المحلول سيؤدي إلى حدوث تغييرات تقترب من تركيز حمض الأسيتيك وأيون الأسيتات، وبالتالي فطالما كان تركيز المواد المضافة صغيرًا مقارنة بتركيز مكونات المحلول المنظم، فإنّ تركيز أيون الهيدروجين الجديد سيبقى قريبًا من قيمته الأصلية.[٢]


آلية عمل المحلول المنظم

في المحاليل يتأين الملح تأينًا كاملًا، في حين أنّ الحمض الضعيف يتأين تأينًا جزئيًا، وذلك كالآتي:[٣]


–CH3COONa ⇌ Na+ + CH3COO

–CH3COOH ⇌ H+ + CH3COO


وفي حالة إضافة حمض أو قاعدة، يحدث التالي:[٣]

  • عند الإضافة إلى الحمض: ستتم إزالة البروتونات المنبعثة من الحمض (+H) بواسطة أيونات الأسيتات (–CH3COO)؛ وذلك لتكوين حمض أسيتيك ضعيف التأين، مما يؤدي إلى تغيير ضئيل في درجة الحموضة، كما في التفاعل الآتي:

(H+ + CH3COO– (from added acid) ⇌ CH3COOH (from buffer solution


  • عند الإضافة إلى القاعدة: ستتم إزالة أيونات الهيدروكسيد (–HO) المنبعث من القاعدة بواسطة أيونات الهيدروجين (+H)؛ وذلك لتكوين الماء والحفاظ على الرقم الهيدروجيني كما هو، كما هو موضح في التفاعل الآتي:

HO– + H+ (from added base) ⇌ H2O(from buffer solution)


استخدامات المحاليل المنظمة

توجد بعض الأسماء البديلة التي تُستخدم للإشارة إلى المحاليل المنظمة، مثل منظم الرقم الهيدروجيني، أو منظم أيون الهيدروجين، وتستخدم المحاليل المنظمة في العديد من التطبيقات وذلك لأهميتها، ومن هذه التطبيقات ما يأتي:[٣]

  • تستخدم المحاليل المنظمة كنظام عازل من البيكربونات، وحمض الكربونيك، وذلك من أجل تنظيم الرقم الهيدروجيني في دم الحيوان.
  • تستخدم المحاليل المنظمة للحفاظ على درجة الحموضة المثلى لنشاط الإنزيم في العديد من الكائنات الحية.
  • قد يؤدي عدم وجود المحلول المنظم إلى إبطاء عمل الإنزيمات، أو فقدان خصائص الإنزيمات، أو إفساد طبيعتها، ويمكن أن يؤدي إلى تعطيل العمل التحفيزي للإنزيمات بشكل دائم.

المراجع

  1. ^ أ ب "Introduction to Buffers", chem.libretexts, Retrieved 4/9/2021. Edited.
  2. ^ أ ب "Buffer", britannica, Retrieved 13/10/2021. Edited.
  3. ^ أ ب ت "Buffer Solutions", byjus, Retrieved 4/9/2021. Edited.