विभिन्न सांद्रताओं वाले कार्बोनेट बफर घोलों का pH मान
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क्या विभिन्न सांद्रताओं वाले कार्बोनेट बफर घोलों के pH संबंधी कोई साहित्य उपलब्ध है, जिसमें सांद्रताओं का व्यापक वर्णन हो? या फिर, क्या कोई विशेषज्ञ ने इस संबंध में कोई प्रयोग किया है? मुझे प्रयोग संबंधी आंकड़ों की आवश्यकता है। धन्यवाद।
इस पोस्ट को अंतिम बार qugd द्वारा 2016-9-26 13:49 पर संपादित किया गया। कार्बोनेट बफर प्रणाली, द्विघटकीय कमजोर अम्लों से संबंधित एक ऐसी बफर प्रणाली है; इसकी गणना कार्बोनिक अम्ल के द्वितीयक विघटन स्थिरांकों एवं सांद्रता के आधार पर की जा सकती है। जब सांद्रता बहुत अधिक न हो, तो गणना के मान वास्तविक मानों से लगभग समान ही होते हैं। विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान से संबंधित कोई पुस्तक ढूँढकर, खुद ही गणना कर लें नीचे, आयनीकरण संतुलन एवं सांद्रता की गणना से संबंधित मूलभूत जानकारी दी गई है। जलीय विलयनों में कार्बन डाइऑक्साइड एवं बाइकार्बोनेट यौगिकों के बीच जटिल संतुलन होता है; इसे निम्नलिखित अभिक्रियाओं द्वारा दर्शाया जा सकता है:
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻
HCO₃⁻ → H⁺ + CO₃²⁻
उपरोक्त तीनों अभिक्रियाओं को एक साथ लिखने पर हमें मिलता है:
CO₂ + H₂O → (H₂CO₃) → H⁺ + HCO₃⁻ → H⁺ + CO₃²⁻
चूँकि एक CO₂ से केवल एक ही H₂CO₃ बन सकता है, एक H₂CO₃ से केवल एक ही HCO₃⁻ बन सकता है, एवं एक HCO₃⁻ से केवल एक ही CO₃²⁻ बन सकता है; इसलिए किसी भी विलयन में, CO₂, HCO₃⁻, CO₃²⁻ की सांद्रताओं का योग हमेशा एक स्थिरांक C के बराबर रहता है। अर्थात्, [H⁺] = C/(K₁·K₂)।
यदि (A) समीकरण में दिए गए तीनों अनुपातों को आधार मानकर, [H⁺] को स्वतंत्र चर मानकर इन तीनों समीकरणों को हल किया जाए, तो किसी भी [H⁺] (या pH) मान पर CO₂, HCO₃⁻ एवं CO₃²⁻ की सांद्रताओं का मान ज्ञात किया जा सकता है। 25℃ पर K1 (4.45×10⁻⁷) एवं K2 (4.96×10⁻¹¹) के मान ज्ञात हैं। ऊर्ध्वाधर अक्ष पर इन तीन अनुपातों को, एवं क्षैतिज अक्ष पर pH मानों को लेकर ग्राफ बनाने पर, 25℃ पर जलीय विलयनों में कार्बोनिक यौगिकों एवं pH मानों के बीच संबंध दर्शाया गया है; जैसा कि चित्र 1 में दर्शाया गया है। http://www.mining120.com/WebEditor/uploadfile/20100902113400825.jpg
चित्र 1: कार्बन डाइऑक्साइड के आयनीकरण एवं pH मान के बीच संबंध (25℃)
चित्र 1 से पता चलता है कि जब pH < 4.4 होता है, तो घोल में केवल CO2 ही मौजूद होता है; जबकि pH > 8.35 होता है, तो जलीय घोल में CO2 मौजूद ही नहीं होता। ； जब pH मान 4.4 से 12.0 के बीच होता है, तभी हाइड्रोकार्बोनेट आयन HCO3⁻ मौजूद रह सकता है। जब pH मान 8.35 होता है, तब HCO3⁻ की मात्रा सबसे अधिक होती है; लगभग 98%। ； जब pH > 8.35 होता है, तभी जलीय विलयन में CO32− आयन मौजूद होते हैं।
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻
HCO₃⁻ → H⁺ + CO₃²⁻
उपरोक्त तीनों अभिक्रियाओं को एक साथ लिखने पर हमें मिलता है:
CO₂ + H₂O → (H₂CO₃) → H⁺ + HCO₃⁻ → H⁺ + CO₃²⁻
चूँकि एक CO₂ से केवल एक ही H₂CO₃ बन सकता है, एक H₂CO₃ से केवल एक ही HCO₃⁻ बन सकता है, एवं एक HCO₃⁻ से केवल एक ही CO₃²⁻ बन सकता है; इसलिए किसी भी विलयन में, CO₂, HCO₃⁻, CO₃²⁻ की सांद्रताओं का योग हमेशा एक स्थिरांक C के बराबर रहता है। अर्थात्, [H⁺] = C/(K₁·K₂)।
यदि (A) समीकरण में दिए गए तीनों अनुपातों को आधार मानकर, [H⁺] को स्वतंत्र चर मानकर इन तीनों समीकरणों को हल किया जाए, तो किसी भी [H⁺] (या pH) मान पर CO₂, HCO₃⁻ एवं CO₃²⁻ की सांद्रताओं का मान ज्ञात किया जा सकता है। 25℃ पर K1 (4.45×10⁻⁷) एवं K2 (4.96×10⁻¹¹) के मान ज्ञात हैं। ऊर्ध्वाधर अक्ष पर इन तीन अनुपातों को, एवं क्षैतिज अक्ष पर pH मानों को लेकर ग्राफ बनाने पर, 25℃ पर जलीय विलयनों में कार्बोनिक यौगिकों एवं pH मानों के बीच संबंध दर्शाया गया है; जैसा कि चित्र 1 में दर्शाया गया है। http://www.mining120.com/WebEditor/uploadfile/20100902113400825.jpg
चित्र 1: कार्बन डाइऑक्साइड के आयनीकरण एवं pH मान के बीच संबंध (25℃)
चित्र 1 से पता चलता है कि जब pH < 4.4 होता है, तो घोल में केवल CO2 ही मौजूद होता है; जबकि pH > 8.35 होता है, तो जलीय घोल में CO2 मौजूद ही नहीं होता। ； जब pH मान 4.4 से 12.0 के बीच होता है, तभी हाइड्रोकार्बोनेट आयन HCO3⁻ मौजूद रह सकता है। जब pH मान 8.35 होता है, तब HCO3⁻ की मात्रा सबसे अधिक होती है; लगभग 98%। ； जब pH > 8.35 होता है, तभी जलीय विलयन में CO32− आयन मौजूद होते हैं।