طريقة صناعة الصابون السائل باحترافية وجودة عالية

المحاليل المنظمة (الموقية)-Buffer Solutions

تحتاج الكثير من التجارب الكيميائية في المختبر ان تكون قيمة PH الوسط ثابتا رغم إضافة كمية من الحمض Acid أو القلوي base إلى محاليلها .

ومعظم العمليات الفيزيولوجية تتم في أوساط يكون فيها تركيز أيونات الهيدروجين ثابتا ، فمثلا يساوي PH دم الانسان في الحياة الطبيعية 7.36 واي تغير حاد في ph الدم  يؤدي إلى الهلاك ، فبالرغم من انتاج مواد حمضية او قلوية نتيجة عملية استقلاب الأغذية فإن PH دم الانسان يبقى ثابتا ، ويفسر ذلك نتيجة أحتواء الدم على منظمات تحفظ تركيزا ثابتا لأيونات الهيدروجين وتدعى هذه المنظمات بالجمل أو المحاليل المنظمة أو الموقية (Buffer Solutions) .

تعريف المحلول الموقي :

 هو المحلول الذي يتصف بقدرته إلى حد ما على حفظ قيمة الPH  ثابتة عند إضافة حمض أو اساس إليه بكمية محدودة .

أنواع المحاليل الموقية :

1- محلول حمض ضعيف مع أحد أملاحه وهي تحافظ على قيمة الPH للمحلول في المجال الحمضي .

مثل : - محلول حمض الخل مع خلات الصوديوم .

(CH3COOH + CH3COONa)

         - محلول من حمض الكربون مع بيركربونات الصوديوم .

(H2CO3 + NaHCO3)

2- محلول أساس (قلوي) ضعيف مع أحد أملاحه وهو يحافظ على قيمة الPH للمحلول في وسط قلوي .

مثل : - هيدروكسيد الأمونيوم مع كلوريد الأمونيوم .

(NH4OH + NH4Cl )

سعة المحلول الموقي :

- وهي عدد المولات من الاساس القوي او الحمض القوي اللازم لحصول زيادة واحدة من الPH أو نقصانها في لتر واحد من المحلول الموقي .

- حيث ان المحلول المنظم يساعد على ثبات PH المحلول عند إضافة الحمض او القلوي إليه بكمية محدودة ، أي أن كل محلول موقي يقاوم تغيرات PH المحلول من أجل كمية معينة مضافة من الحمض أو الأساس وهذه الكمية المضافة تعرف بسعة المحلول الموقي .

- وللحصول على محلول موقي ذي سعة كبيرة يمكن أتباع إحدى الطريقتين التاليتين :

1- ان يكون المحلول الموقي محضرا من مكونات تراكيزها كبيرة .

2- جعل تركيز الحمض الضعيف أو الأساس الضعيف مساويا تركيز ملحه .

آلية عمل المحلول المنظم او الموقي :

لنفهم آلية عمل المحلول الموقي بشكل واضح نأخذ المثال التوضيحي الذي يدرس ألية عمل المحلول الموقي الخلاتي أي المحلول الموقي المؤلف من حمض الخل مع خلات الصوديوم .

من المعروف ان حمض الخل حمض ضعيف تأينه غير تام :

+CH3COOH  ⇄ CH3COO-  +   H

بينما ملح خلات الصوديوم يتأين بشكل كامل :

+CH3COONa ➡️  CH3COO-  +  Na

وبالتالي توجد في المحلول الموقي الأيونات الثلاثة التالية :

+CH3COO-   ,  Na+   ,   H

ولنلاحظ ماذا  سيحدث عند إصافة حمض أو أساس إلى المحلول الموقي الخلاتي

1- عند إضافة حمض :

 بفرص المحلول المضاف هو حمض كلور الماء الذي يتأين بشكل تام في المحلول وفق المعادلة :

+HCl  ➡️  Cl-  +   H

حيث يتفاعل هذا الحمض مع خلات الصوديوم وفق التفاعل :

HCl  + CH3COONa ➡️CH3COOH +  NaCl

ويتشكل نتيجة التفاعل ملح كلوريد الصوديوم الملح المتأين وهو ملح معتدل ويتشكل أيضا حمض الخل الضعيف التأين بالتالي قيمة PH المحلول تبقى ثابتة من جراء إضافة حمض كلور الماء بكمية محدودة .

2- عند إضافة أساس (قلوي) :

بفرض القلوي المضاف هو هيدروكسيد البوتاسيوم KOH والذي يتفاعل مع حمض الخل وفق المعادلة :

KOH + CH3COOH ⟶ CH3COOK  + H2O

إذا يتشكل نتيجة التفاعل الماء وملح خلات البوتاسيوم اللذان لايغيران كثيرا من قيمة الPH .

وهكذا نجد نتيجة إضافة الحمض أو القلوي إلى المحلول الموقي تبقى قيمة PH المحلول الموقي ثابتة .

وبنفس الآلية تتم المحافظة على قيمة الPH في المحلول الموقي القلوي مثل المحلول الموقي المؤلف من هيدروكسيد الامونيوم NH4OH مع كلوريد الامونيوم NH4Cl

حساب قيمة pH المحلول الموقي :

ويتم حسابها من خلال قانون هندرسن - هايزلباخ

للمحلول الموقي الحمضي :

[PH = pKa - log[Acid]/ [salt

حيت pKa= -logKa (ثابت تأين الحمض)

للمحلول الموقي القلوي :

[PH = 14 - pKb - log[salt]/[Base

أمثلة على بعض التطبيقات للمحاليل المنظمة :

مثال1:

أحسب قيمة PH المحلول الموقي الناتج عن إضافة 10مل من محلول حمض الخل ذي التركيز 0.1M إلى 5مل من محلول خلات الصوديوم تركيزه 0.2M علما ان ثابت تأين حمض الخل يساوي 1.8 ×10-5

الحل:

يجب حساب تركيز كل من حمض الخل وخلات الصوديوم في الحجم الجديد :

- لنحسب تركيز الحمض في الحجم الجديد :

M1 . V1 = M2 . V2

0.1 ×10 =M2 . 15

M2 = [CH3COOH] = 0.07 mol/L

-تركيز خلات الصوديوم في الحجم الجديد :

M1 . V1 = M2 . V2

0.2 × 5 = M2 × 15

M2 = [CH3COONa] = 0.07 mol/L

من خلال علاقة هندرسن - هايزلباخ

PH = pKa - log[Acid]/[salt]

PH = -log(1.8×10-5) - log0.07/0.07

PH = 4.74 - 0 = 4.74

- مثال2:

محلول موقي حجمه 250 مل مؤلف من حمض الخل وخلات الصوديوم وتركيز كل من مكوناته تساوي إلى 0.35M , أضيف إليه محلول من حمض كلور الماء حجمه 30مل وتركيزه 0.1M , علما أن ثابت تأين حمض الخل يساوي 1.8 × 10-5 والمطلوب مايلي :

1- حساب قيمة PH المحلول الموقي قبل إضافة حمض كلور الماء .

2- حساب قيمة PH المحلول بعد إضافة حمض كلور الماء .

3- حساب قيمة مقدار التغير في قيمة PH المحلول نتيجة هذه الإضافة .

الحل :

الطلب1:

 نطبق علاقة هندرسن -هايزلباخ :

PH = pKa - log[Acid]/[salt]

PH = - log (1.8 × 10-5) -log 0.35/0.35

PH = 4.74 - 0 = 4.74

الطلب2:

نحسب التراكيز الجديدة لمكونات المحلول في الحجم الجديد الذي يساوي 250 + 30 = 280ml

M1 . V1 = M2 .  V2

0.35 × 250 = M2 × 280

M2 = [CH3COOH] = [CH3COONa] = 0.3125M

ونحسب تركيز حمض كلور الماء قي الحجم الجديد بنفس الطريقة :

M2 = 0.1 × 30/280 = 0.0107 mol/L

حمض كلور الماء المضاف سيتفاعل مع خلات الصوديوم

وفق المعادلة :

HCl + CH3COONa ⟶ CH3COOH +NaCl

وبالتالي تستهلك كمية من خلات الصوديوم تكافئ كمية حمض كلور الماء المضاف ويتشكل نتيجة لذلك كمية  من حمض الخل تكافئ كمية حمض كلور الماء المضاف أيضا . بعد التفاعل تصبح تراكيز المكونات كالتالي :

CH3COONa] = 0.3125 - 0.0107 = 0.3018 mol/l]

CH3COOH] = 0.3125 + 0.0107 = 0.3232 mol/l]

بالتالي تصبح قيمة الPH  بعد الأضافة هي :

[PH = pKa - log [Acid] / [Salt

PH = - log (1.8 × 10-5) -log 0.3232/0.3018

PH = 4.74 - 0.03 = 4.71

الطلب 3 :

حساب مقدار التغير في قيمة الph نتيجة الأضافة :

PH = 4.74 - 4.71 = 0.03

أي يلاحظ أن التغير في قيمة الPH هي طفيفة جدا .