المحاليل المنظِّمة

إضافة كمية قليلة من حمض أو قاعدة إلى محلول،يمكن أن تسبب انخفاضًا كبيرًا أو ارتفاعًا كبيرًا في قيمة pH. غير أن العديد من العمليات الكيميائية والبيوكيميائية،تحتاج إلى قيمة pH ثابتة لتعمل. تستطيع المحاليل المنظّمة أن تمنع التغير في قيمة pH لمحلول ما عندما لا يتم تجاوز قدرتها التنظيمية.

تحتوي المحاليل المنظّمة على حمض ضعيف وقاعدته المرافقة أو قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق. على سبيل المثال،يحافظ دم الإنسان على درجة pH تقارب 7.4،بمحلول منظّم يتكون من حمض الكربونيك،وهو حمض ضعيف،وأيونات بايكربونات،التي هي قاعدته المرافقة. الأحماض والقواعد المترافقة تشكل المحاليل المنظّم،لأنها لا تحيّد حمضها أو قاعدتها المرافقة.

على سبيل المثال،حمض الخليك والأسيتات لا يمكنهما التفاعل. إلّا أنه إذا أضيف حمض الخليك،وهو حمض ضعيف،إلى الأمونيا،وهي قاعدة ضعيفة،سيتفاعلان ليكونا ملحًا هو أسيتات الأمونيوم. في محلول منظّم،يعادل الحمض الضعيف أي قاعدة مضافة،بالتفاعل مع أيونات الهيدروكسيد الناتجة،بينما تعادل قاعدته المرافقة أي حمض مضاف،بالتفاعل مع أي أيونات هيدرونيوم.

تعمل آلية مشابهة،في حالة قاعدة ضعيفة وحمضها المرافق. قارورتان X و Y،تحتويان على كميتين متساويتين من محلولين مختلفين،قيمة pH لكل منهما 7.2. المحلول الذي في قارورة X غير منظّم.

وعلى العكس،يحتوي المحلول الذي في قارورة Y على محلول منظّم هو حمض الخليك والأسيتات. إذا أضيف حمض الهيدروكلوريك إلى القارورة X،تنخفض درجة pH للمحلول فجأة بسبب زيادة تركيز أيونات الهيدرونيوم. وعلى العكس،تبقى درجة pH ثابتة تقريبًا في المحلول في قارورة Y عند إضافة حمض الهيدروكلوريك،لأن أحد مكونات المحلول المنظّم،وهو الأسيتات،يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك لإنتاج أيون كلوريد وحمض الخليك.

على نحو مشابه،إذا أضيف هيدروكسيد الصوديوم إلى القارورة X،سترتفع درجة pH للمحلول فجأة بسبب زيادة تركيز أيونات الهيدروكسيد. وفي المقابل،يظهر على المحلول في القارورة Y تغيير طفيف جدًا في درجة pH عند إضافة هيدروكسيد الصوديوم له،لأن أحد مكونات المحلول المنظّم وهو حمض الخليك،يتفاعل مع هيدروكسيد الصوديوم وينتج أسيتات الصوديوم وجزيء ماء. يستطيع المحلول المنظّم أن يمنع تغييرًا حادّا في درجة pH للمحلول،طالما كان تركيز زوج الحمض وقاعدته المرافقة،في المحلول أعلى من تركيز الحمض القوي المضاف أو القاعدة.