| Mobile | RSS

اسید و باز

دی ۵م, ۱۳۹۰ | No Comments | Posted in بیوشیمی

 

اسید و باز

در حالت کلی اسید از دست دهنده پروتون و باز گیرنده پروتون است . آب با افزایش حالت اسیدی و یا بازی مواد را در خود حل می کند و مهمتر اینکه آب هم می تواند اسید باشد و هم خاصیت بازی داشته باشد. برای مثال وقتی هیدروژن کلراید (HCL) در یک محلول آب حل می شود ، پروتون های (H+) را به محلول می دهد . این کار در نتیجه آرایش و هماهنگی یونهای کلرید (Cl) و یونهای هیدرونیوم آب است . پروتون بین HCl و آب دائما به صورت نیمه کمی به هم تبدیل می شوند . برخلاف اسیدها بازهایی مانند آمونیاک (NH3 ) از مولکولهای اب پروتون می گیرند . نتیجه این عمل تولید یون هیدروکیسید (OH-)  و یون امونیوم بار مثبت (NH4+) می شود .

در قسمت قبل ثابت تعادل را تعریف کردیم در ادامه ثابت تعادل آب  را می نویسیم که مقدار بسیار کوچکتری است . (در دمای ۲۵ درجه سانتی گراد )

 

K = [H+] [OH-]/[H2O] = 2 10-16 mol  L-1

 

غلظت آب خالص برابر است با ۵۵ مول بر لیتر (H2O). با جایگزین کردن این مقدار در معادله بالا داریم :

Kw = [H+] [OH-] = 1 10-14 mol  L-1

 

مقدار تولید یونهای هیدروکسید و هیدرونیوم آب خالص همیشه ثابت است . به عبارت دیگر یونها همان هستند ولی با افزودن اسید و یا باز در نبست انها تغییر ایجاد می شود . در آب خالص مقدار غلظت یونهای هیدرونیوم و هیدروکسید مساوی و برابر است با : ا * ۱۰ به  توان- ۷ مول بر لیتر . این مقدار کاملا طبیعی و ذاتی آب است و مقدار PH ان برابر با ۷ است .

بافر

تغییرات کم مقدار PH توسط سیستم  بافری در بدن موجود زنده کنترل می شود . یعنی در بدن ما یک سری مواد محلول (مانند خون) وجود دارد که سیستم تامپونی دارند و به تغییرات کمتر اسید و باز حساس هستند . با افزودن اسید و یا باز به این محلولها ، مقدار PH این محلولها تغییری نمی کند و یا بسیار اندک تغییر میکند . بنابراین بافر به موادی گفته می شود که توانایی خنثی کردن اسید و یا باز را دارد و میزان PH محلول را در یک رنج ثابت نگه می دارد هر چند که با افزودم مقادیر زیاد اسید و یا باز ممکن است این توانایی بافر از بین برود چون هر بافری طرفیت خاص خود را دارد . بافرها انواع گوناگون و ساختمان های متفاوتی دارند ولی معمولا از یک اسید ضعیف مانند HB و باز مزدوج ان B- و یا از یک باز ضعیف و اسید مزدوج ان تشکیل میشوند . این محلولها مقدار یونهای هیدرونیوم و یا هیدروکسید را خنثی می کنند . در اولین نمونه باز (B-)   به مقدار زیادی از یوینهای هیدرونیوم اضافه شده متصل می شود و HB  اسید  آب تولید می شوند . اما اگر هیدروکسیل (OH)  اضافه شود با HB واکنش میدهد و B-  و آب تولید می کند . در هر دو مورد مقدار اسید ضعیف (HB ) به باز مزدوج (B-)  تغییر می کند زمانی که مقدار PH میخواهد تغییر کند .

PH

PH  یعنی اندازه گیری مقدار اسیدیته و یا بازی محلول . ان را به صورت لگاریتم یون هیدروژن هم تعریف میکنند . مقدار یون هیدروژن را نمیتوان به صورت تجربی اندازه گیری کرد بنابراین ان را به روش تئوری اندازه گیری می کنیم . اندازه گیری PH مطلق نیست و نسبی است چون بر اساس یکسری استانداردهای جهانی اندازه گیری میشوند .

مفهوم PH برای اولین بار توسط Søren Peder Lauritz Sørensen (عجب اسم سختی) در آزمایشگاه Carlsberg در سال ۱۹۰۹ تعریف شد . بعضی افراد این P را قدرت (POWER)  معنی میکنند و بعضی به Potenz که در زبان آلمانی به معنی قدرت است . اما در سال ۲۰۰۰ داشنمندی به نام Jens Norby در مقاله پرده از راز این حرف P  برداشت و گفت که منظور از حرف منفی لگاریتم است . H هم به جای هیدروژن است . این دانشمند اولی (که اسمش سخته) برای راحتی کار PH  را به جای "قدرت هیدروژن "تعریف کرد . این دانشمند برای اندازه گیری PH از لگاریتم غلظت یون هیدروژن استفاده کرد . به آب خالص ، آب خنثی هم می گویند . همانطور که قبلا هم گفتم مقدار PH اب برابر با ۷ است و بیشتر از ۷ خاصیت بازی و کمتر از ۷ خاصیت اسیدی خواهد داشت . اندازه گیری PH  در پزشکی ، بیولوژی ، شیمی ، علم مواد ، علوم محیط زیست و حتی اقیانوس شناسی دارای اهمیت خاصی است .

 

PH از نظر ریاضی

هر کاری کردم بهتر از این عنوان پیدا نکردم . در ادامه بحث روابط جالب ph را با هم برسی می کنیم .

مقدار ph برابر است با منفی لگاریتم یون های هیدروژن در یک محلول آب . در نتیجه داری :

 

در این فرمول ah نشان دهنده فعالیت یون هیدروژن است علت این است که ah فقط یک یون است که صرفا با روش آزمایشگاهی و با الکترودهای انتخابی قابل اندازه گیری است و با توجه به معادله نرنست (Nernst equation) نشان دهنده فعالیت یون هیدروژن است . PH معمولا با ترکیب  الکترودهای شیشه ای  اندازه گیری می شود که با اختلاف پتانسیل و یا نیروی الکتروموتور سنجش می شود . برای نمونه : بین یک الکترود که به یون هیدروژن حساس است و یک الکترود رفرانس مانند الکترود جیوه و یا نقره.

هدف از روش بالایی رسیدن به معادله نرنست (Nernst equation ) است . داریم :

 

معادله نرنست

E = مقدار پتانسیل

E0 = مقدار پتانسیل الکترود استاندارد

 R    = ثابت گازی

T = دما بر حسب کلوین

F  = ثابت فاراده

n = تعداد الکترونهای انتقال یافته

به وسیله فرمول بالا می توان مقدار PH را توسط اختلاف پتانسیل به دست آورد . اما  همان طور که گفتم از روش نیروی الکتروموتور هم می توان این PH را اندازه گیری کرد ولی فرمولها این از حوصله من و شما خارجه !!اقای Sørensen با استفاده ازفرمول های بالایی و بعضی استدلال های دیگر بالاخره PH را مطرح کردند . بالاخره فرمول زیر حاصل نتایج ایشان  شد و PH  وجود خارجی پیدا کرد :

 

 

فرمول اسیدته قدیمی

POH

POH هم گاهی برای اندازه گیری مقدار غلظت یون هیدروکسید استفاده می شود . مقدار POH از روی غلظت یون هیدرونیوم به دست می اید . از انجا که مقدار  یون هیدروکسید به یون هیدروزن وابسته است .

 

اندازه گیری PH

آب خنثی PH 7 دارد و از این بابت خنثی نامیده می شود . مقدار دقیق Ph به دما هم بستگی دارد . زمانی که یک اسید در اب حل می شود باعث کاهش PH میشود و اگر یک باز در آب مخلوط شود باعث افزایش PH می شود . اسید کلیریدیک یک اسید بسیار قوی است که مقدار PH تقریبا برابر با صفر است و یک باز قوی مانند سدیم هیدروکسید (NaOH)  دارای  PH  14 است . مقدار PH مابین ۱ تا ۱۴ متغیر است . علاوه بر روشهای بالایی از شناساگر های PH (pH indicator)هم می توان استفاده کرد که در آزمایشگاه ها استفاده بسیار وسیعی دارند . این شناساگرها طوری طراحی شده اند که در Ph معین تغییر رنگ داده و به یک رنگ خاص تبدیل می شوند . انواع و اقسام خاص و گوناگونی از این شناساگرها در بازار وجود دارد که استفاده انها بستگی به نوع کار ما و محلول ما بستگی دارد . یک نوع معروف از این شناساگرها کاغذ و یا نوار لیتموس است (litmus) . این نوار در محلول اسیدی ، قرمز رنگ و در محلول بازی آبی  است .

 

بعضی از شناساگرها

آب خنثی PH 7 دارد و از این بابت خنثی نامیده می شود . مقدار دقیق Ph به دما هم بستگی دارد . زمانی که یک اسید در اب حل می شود باعث کاهش PH میشود و اگر یک باز در آب مخلوط شود باعث افزایش PH می شود . اسید کلیریدیک یک اسید بسیار قوی است که مقدار PH تقریبا برابر با صفر است و یک باز قوی مانند سدیم هیدروکسید (NaOH)  دارای  PH  14 است .

مقدار PH مابین ۱ تا ۱۴ متغیر است . علاوه بر روشهای بالایی از شناساگر های PH (pH indicator)هم می توان استفاده کرد که در آزمایشگاه ها استفاده بسیار وسیعی دارند . این شناساگرها طوری طراحی شده اند که در Ph معین تغییر رنگ داده و به یک رنگ خاص تبدیل می شوند .

انواع و اقسام خاص و گوناگونی از این شناساگرها در بازار وجود دارد که استفاده انها بستگی به نوع کار ما و محلول ما بستگی دارد . یک نوع معروف از این شناساگرها کاغذ و یا نوار لیتموس است (litmus) . این نوار در محلول اسیدی ، قرمز رنگ و در محلول بازی آبی  است .

 

محلولی با PH=7 را خنثی می گویند . یعنی نه اسید است و نه باز اگر چه یونیزاسیون خود به خودی مانند آب هم داشته باشد .درجه تفکیک پذیری آب ۱۰ به توان -۱۴ است . بنابراین در یک محلول نمکی که در آب حل شده است میزان یونهای هیدرونیوم و هیدروکسید برابر و مقدار آن ۱۰ به توان –  مول ۷ در دسی متر مربع است . با افزایش دما مقدار PH آب خالص کاهش می باید به طوری که در دمای ۵۵ در جه مقدار Ph  برابر با ۶٫۵۵ است .

 

اندازه گیری مقدار PH برای اسید های ضعیف و قوی

اسید های قوی مانند HCl دارای تفکیک پذیری بسیار بالا هستند . به عبارت دیگر در هنگام حل شدن در آب تماما یونیزه شده و به هیدروکسید و هیدرونیوم تبدیل می شود . اندازه گیری مقدار اسیدیته در این محلولها آسان است چون PH برابر با منفی لگاریتم غلظت اسید است .

برای مثال : PH محلول اسیدی هیدروکلریدیک که دارای غلظت ۰٫۰۱ مولار است برابر است با (log(0.01- ، که با محاسبه آن عدد ۲ به دست می آید .

اما برای محاسبه PH اسید های ضعیف که دارای PKa بزرگتر از ۲ هستند از فرمول زیر استفاده می شود .

  • pH = ½ ( pKa − log c0)

 

  • C0 غلظت اسید است .

 

معادله هندرسون – هاسلباخ

 

اسیدها به عنوان ترکیبات دهنده پروتونها و بازها به عنوان ترکیبات گیرنده پروتون تعریف می‌شوند ثابت تفکیک با Log K- بیان شده و به صورت pk نشان داده می‌شود بین PH محلولهای مختلف میزان PK و غلظت ترکیبات دهنده و گیرنده پروتون رابطه‌ای برقرار است که معادله هندرسون – هاسلباخ نامیده می‌شود. علاوه بر عناصر شیمیایی ترکیبات ریز مولکول و درشت مولکولها نیز در ساختار اعمال مختلف ماده زنده شرکت می‌کنند، از چهار ترکیب اصلی درشت مولکولهای زیستی می‌توان از اسیدهای نوکلئیک ،کربوهیدراتها و لیپیدها را نام برد. 

برای محاسبه   PH  اسیدهای ضعیف می توان از این معادله هم استفاده کرد . که اثبات آن را میتوانید از کتابهای بیوشیمی استخراج کنید . فقط این نکته را بگویم که این معادله از معادله یونیزه شدن آب به دست می آید

 

 

Leave a Reply 2021 views, 1 so far today |

Leave a Reply


× 2 = ten

Zarina's portrait. Wedding preparation (MakeUP). Zarina R. Zarina's and Jyrki's wedding. Moscow 2014Sara 002A complete dissociation of all my illusionsTaste of MadisonTaste of MadisonTaste of MadisonTaste of MadisonTaste of MadisonShara 002A.G.