Кучли электролитлар назарияси

Бир исмли ионлар таъсири. Буфер эритмалар

Массалар таъсири қонунига кўра реакцияга киришувчи моддалардан бирининг концентрациясини ўзгартириш йўли билан кимёвий мувозанатни бирон томонга силжитиш мумкин. Электролитик ионланишда ҳам мувозанатни шу тариқа силжитиш мумкин.

Моддаларнинг электролитик ионланиш даражаси нафақат шу модданинг эритмадаги концентрациясига боғлиқ бўлмасдан, эритмага бошқа электролитлар қўшилишига ҳам боғлиқдир. Кўпинча кучсиз электролитнинг ионланиш даражаси мақсадга мувофиқ равишда эритмага биринчи электролит билан бир исмли (умумий) ион сақловчи кучли электролит қўшиш йўли билан камайтирилади. Бир исмли ионнинг таъсирини массалар таъсири қонуни нуқтаи назаридан осон тушунтириш мумкин. NH₄OH нинг ионланиш жараёнини кўрайлик:

N H₄OH NH₄⁺+OH^-

Бу жараён қайтар бўлганлиги учун, массалар таъсири қонуни асосида қуйидагини ёзиш мумкин:

Аммоний гидроксид эритмасига бир исмли ион сақловчи бирор кучли электролит, масалан, NH₄Cl эритмаси қўшилса, аралашмадаги NH₄⁺ катионларининг концентрацияси бир неча марта ошади. Шу йўл билан бузилган мувозанат NH₄⁺ ва ОН^- ионларининг диссоциланмаган NH₄OH молекулалари ҳосил қилиши натижасида янги, бутунлай бошқа ҳолатда вужудга келади.
Бинобарин, эритмага қандайдир бир исмли ион сақловчи кучли электролит қўшилганда кучсиз электролитнинг ионланиш даражаси камаяди.
Қуйидаги тажрибани қилиб кўриш бу фикрнинг тўғрилигини тасдиқлайди. NH₄OH эритмасига ОН^- иони таъсирида тўқ қизил рангга кирадиган бир томчи фенолфталеин қўшамиз. Эритмани пушти рангга киргач, иккига бўлиб, таққослаш учун бир қисмини олиб қўямиз, иккинчи қисмига озгина қуруқ аммоний тузи, масалан NH₄Cl қўшиб, у эриб кетгунча чайқатамиз, натижада эритманинг ранги олдингига қаранганда анча ним ранг бўлиб қолади. Бинобарин, иккинчи қисм эритмада ОН^- ионларининг концентрацияси биринчи кисм эритмадагига нисбатан камдир.
Шунга ўхшаш сирка кислота СН₃СООН эритмасидаги Н⁺ ионларининг концентрациясини камайтириш учун эритмага айни кислотанинг тузидан озроқ масалан, бир исмли ион СН₃СОО^- сақловчи натрий ёки калий ацетатдан қўшиш керак.
Эритмага бир исмли иони бор электролит киритилганда шу эритмадаги бирор ион концентрациясининг жуда камайиб кетиш ҳолларидан анализда кенг фойдаланилади.
Кучсиз электролитларнинг ионланиш мувозанатини эритмадаги ионларнинг бирини концентрациясини орттириш билангина эмас, уни камайтириш билан ҳам силжитиш мумкин. Масалан, аммиак эритмасидаги ОН^- ионларини бу эритмага бирор кислота қўшиш билан жуда оз ионланадиган Н₂О молекулаларига айлантириш мумкин, бу ўз навбатида NН₄ОН нинг янги молекулаларини ионлаштиради. Бинобарин, ионланмаган молекулалар ионланиши натижасида эритмада камайиб кетаётган ионлар ўрнини тўлдирувчи заҳира вазифасини бажаради.


NН₄ОН+HCl NH₄Cl+Н₂О
NН₄ОН ва Н₂О кучсиз электролитлар бўлиб, улар эритмада, асосан, ионланмаган молекулалар ҳолида бўлади. Аксинча, кучли электролитлар HCl ва NH₄Cl эритмада ионлар ҳолида бўлади.


NН₄ОН+H⁺+Cl^- NH₄⁺+Cl^-+H₂O

қисқартирилган ҳолда,

NН₄ОН+H⁺ NH₄⁺+ H₂O

Бу жараёнда ионланмаган NН₄ОН молекулалари эритмадан йўқолиб, NH₄⁺ ионлари йиғилади.

СН₃СООН ва NaOH орасида борадиган реакцияни ҳам юқоридагига ўхшаш тенглама билан ифодалаш мумкин.


СН₃СООН+NaOH СН₃СООNa+H₂O


СН₃СООН+Na⁺+ОН^- СН₃СОО^-+Na⁺+H₂O

қисқартирилган ҳолатда,

СН₃СООН+ОН^- СН₃СОО^-+H₂O

Аналитик реакцияларни бажаришда, жумладан, чўктириш реакцияларида, баъзан текширилаётган эритмада водород ионлари концентрациясини маълум, тахминан ўзгармас ҳолатда сақлаб туриш керак бўлади. Бу қиймат эритма узоқ сақланганда, суюлтирилганда, эритмага оз маиқдордаги кучли кислота ва ишқорлар қўшилганда ҳам ўзгармаслиги лозим.

Баъзибир эритмаларниниг суюлтирилганда ва оз миқдордаги кучли кислота ёки ишқор қўшилганда Н⁺ ионлари концентрациясини амалда ўзгартирмай сақлаб туриш хоссаси буфер таъсири деб аталади.
Кўп бўлмаган ҳажмда кучли кислоталар ва ишқорлар қўшилганда, шунингдек суюлтиришдан рН қиймати деярли ўзгармайдиган эритмалар буфер эритмалар ёки буфер аралашмалар (регуляторлар) деб номланади. Буфер аралашмалар бир исмли ионлар сақловчи электролитлар аралашмаси ҳисобланади. Масалан, ацетатли буфер эритма – сирка кислота СН₃СООН ва натрий ацетат СН₃СООNa аралашмаси; аммиакли буфер эритма – аммоний гидроксид NН₄ОН ва аммоний хлорид NН₄Cl аралашмасидан иборат.
Концентрациялари 0,1М бўлган СН₃СООН ва СН₃СООNa аралашмасининг бир литрига 0,01 моль HCl қўшилса, эритмадаги Н⁺ ионларининг концентрацияси деярли ортмайди, чунки бу ионлар эркин ҳолатда қолмасдан, дарҳол натрий ацетатнинг СН₃СОО^- ионлари билан боғланиб, кам диссоциаланувчи СН₃СООН молекуларига айланади.

СН₃СООNa+ HCl=СН₃СООН+NaCl

ионли ҳолатда,
СН₃СОО^-+Na⁺+ Н⁺+Cl^-=СН₃СООН+Na⁺+Cl^-
СН₃СОО^-+ Н⁺= СН₃СООН

Шунинг учун эритманинг рНи деярли ўзгармайди.

Агар ацетатли буфер эритманинг 1 литрига кучли ишқордан 0,01 моль қўшилса, унинг ОН^- ионлари дарҳол сирка кислотанинг Н⁺ ионлари билан дарҳол боғланади ва деярли диссоциланмайдиган сув молекулаларини ҳосил қилади. Сарф бўлган Н⁺ ионлари ўрнига сирка кислота диссоциланиб эритмага янги Н⁺ ионларини беради. Бунинг натижасида эритманинг рНи деярли ўзгармайди:

СН₃СООН+NaOH=СН₃СООNa+Н₂О

ионли ҳолатда,
СН₃СООН+Na⁺+ОН^-=СН₃СОО^-+Na⁺+Н₂О
СН₃СООН+ОН^-= СН₃СОО^-+ Н₂О

Ацетатли буфер эритма етарли даражада суюлтирилганда ҳам аралашманинг рНни сезиларли ўзгариши кузатилмайди, чунки суюлтириш ҳисобига камайган Н⁺ ионларининг концентрацияси, сирка кислотанинг диссоциланиш даражасининг ортиши ҳисобига тўлдирилади.

Аммонийли буфер эритма (NH₄OH+NН₄Cl) га ишқор қўшилганда борадиган жараённи қуйидагича ифодалаш мумкин:

NН₄Cl+ NaOH=NH₄OH+NаCl

ионли ҳолатда
NH₄⁺+Cl^-+Na⁺+OH^-=NН₄OH+Na⁺+Cl^-

қисқартирилган кўринишда

NH₄⁺+OH^-=NH₄OH

Ишқор қўшилганда, эритмадаги ОН^- ионлари концентрацияси ортиб кетиши кузатилиши лозим эди. Лекин аммонийли буфер эритмада кўп миқдорда яхши диссоциланувчи NH₄Cl хисобига ҳосил бўлувчи NH₄⁺ катионлари бўлади ва бу катионлар қўшилган ОН^- ионларини боғлаб кам диссоциланувчи NH₄OH молекулаларини ҳосил қилади. Шундай қилиб, ОН^- ионларининг концентрацияси ошиб кетмайди, рН қиймати ўзгармай қолади.

Аммонийли буфер эритманинг кучли кислота билан таъсири қуйидаги кўринишда кўрсатилиши мумкин.

NH₄OH+HCl=NH₄Cl+Н₂О

ионли ҳолатда

NH₄OH+Н⁺+Cl^-=NH₄⁺+ Cl^-+Н₂О

қисқартирилган ионли кўринишида:

NH₄OH+Н⁺= NH₄⁺+ Н₂О

Кучли кислота қўшилганда Н⁺ ионлари аммоний гидроксиднинг ОН^- ионлари билан бирикиб, кам диссоциланувчи сув молекулаларини ҳосил қилади. Сарф бўлган ОН^- ионлари ўрни NH₄OH нинг диссоциланишидан ҳосил бўлган ОН^- ионлари ҳисобига тўлдирилади ва шу ҳисобига эритманинг рН қиймати деярли ўзгармайди.

Шундай қилиб, буфер аралашмаларнинг рН қийматини амалда доимий сақлаб туриш хусусияти уларнинг айрим компонентлари эритмага киритилган (ёки реакция натижасида ҳосил бўлган) кислота ёки асосларнинг Н⁺ ёки ОН^- ионларини ўзига боғлаб олишига асослангандир.
Буфер эритмаларнинг кўрсатилган хусусиятлари чексиз эмас, унинг чегараси қўшиладиган кислота ва ишқорларнинг концентрациясига боғлиқ. Масалан, 0,1N аммонийли буфер аралашманинг бир литрига 0,1 молдан ортиқ HCl ёки NaOH қўшилса, ҳар икки ҳолда ҳам эритманинг рН қиймати кескин ўзгаради. Чунки, ундаги NH₄OH ёки NH₄Cl Н⁺ ёки ОН^- ионларини боғлашга етмайди, эритмага қўшилган кислота ёки ишқор ортиб қолади ва рН қийматини кескин ўзгартириб юборади.
Хар қандай буфер аралашма маълум миқдордаги кислота ёки ишқор қўшилгунча рН нинг доимийлигини сақлаб туради, яъни маълум буфер сиғимига эга бўлади.
Буфер эритманинг рН қийматини бир бирликка ўзгартира оладиган 1 литр буфер аралашмага қўшиладиган кучли кислота ёки кучли асоснинг моляр эквивалентда ифодаланган миқдорига эритманинг буфер сиғими деб аталади.
Юқоридагилардан маълум бўлдики, анализда буфер аралашмалардан фойдаланилганда уларнинг буфер сиғимини ҳам ҳисобга олиш керак. Буфер аралашманинг сиғими анча катта бўлгандагина эритма рН нинг амалдаги доимийлиги сақланади.
Аналитик кимёда ҳар хил таркибли буфер эритмалардан фойдаланилади. (2 - жадвал)

2 - жадвал