उभयरोधी विलयन: Difference between revisions

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== उभयप्रतिरोधन के सिद्धांत ==
== उभयप्रतिरोधन के सिद्धांत ==
[[File:Buffer titration graph.svg|thumb|250px|right|चित्रा 1. एक शक्तिहीन अम्ल के एक अम्लीय विलयन का नकली अनुमापन ({{math|1=p''K''<sub>a</sub> = 4.7}}) क्षार के साथ]]शक्तिहीन अम्ल एचए और इसके संयुग्मित आधार ए के बीच [[रासायनिक संतुलन]] के कारण उभयरोधी विलयन पीएच परिवर्तन का विरोध करते हैं:
[[File:Buffer titration graph.svg|thumb|250px|right|चित्र 1. एक शक्तिहीन अम्ल के एक अम्लीय विलयन का नकली अनुमापन ({{math|1=p''K''<sub>a</sub> = 4.7}}) क्षार के साथ]]शक्तिहीन अम्ल एचए और इसके संयुग्मित आधार ए के बीच [[रासायनिक संतुलन]] के कारण उभयरोधी विलयन पीएच परिवर्तन का विरोध करते हैं:
{{block indent|em=1.5|text=HA {{eqm}} H<sup>+</sup> + A<sup>−</sup>}}
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जब शक्तिहीन अम्ल और उसके संयुग्मी क्षार के साम्य मिश्रण में कुछ प्रबल अम्ल मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयन (H<sup>+</sup>) जोड़े जाते हैं, और ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार संतुलन को बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है। इस वजह से, हाइड्रोजन आयन की सांद्रता जोड़े गए शक्तिशाली अम्ल की मात्रा के लिए अपेक्षित मात्रा से कम बढ़ जाती है।
जब शक्तिहीन अम्ल और उसके संयुग्मी क्षार के साम्य मिश्रण में कुछ प्रबल अम्ल मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयन (H<sup>+</sup>) जोड़े जाते हैं, और ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार संतुलन को बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है। इस वजह से, हाइड्रोजन आयन की सांद्रता जोड़े गए शक्तिशाली अम्ल की मात्रा के लिए अपेक्षित मात्रा से कम बढ़ जाती है।


इसी तरह, यदि शक्तिशाली क्षार को मिश्रण में मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयन की सांद्रता जोड़े गए क्षार की मात्रा के लिए अपेक्षित मात्रा से कम हो जाती है। चित्रा 1 में, अम्ल पृथक्करण स्थिरांक के साथ एक शक्तिहीन अम्ल के कृत्रिम अनुमापन द्वारा प्रभाव pK<sub>a</sub>= 4.7 को चित्रित किया गया है। असंगठित अम्ल की सापेक्षिक सांद्रता नीले रंग में और इसके संयुग्मी क्षार की लाल रंग में दर्शाई गई है। उभयरोधी क्षेत्र pH = pK<sub>a</sub>± 1 में pH अपेक्षाकृत धीरे-धीरे बदलता है, जो pH = 4.7 पर केंद्रित है, जहां [HA] = [A<sup>−</sup>] हाइड्रोजन आयन की सांद्रता अपेक्षित मात्रा से कम हो जाती है क्योंकि प्रतिक्रिया में जोड़े गए अधिकांश हाइड्रॉक्साइड आयन का सेवन किया जाता है
इसी तरह, यदि शक्तिशाली क्षार को मिश्रण में मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयन की सांद्रता जोड़े गए क्षार की मात्रा के लिए अपेक्षित मात्रा से कम हो जाती है। चित्र 1 में, अम्ल पृथक्करण स्थिरांक के साथ एक शक्तिहीन अम्ल के कृत्रिम अनुमापन द्वारा प्रभाव pK<sub>a</sub>= 4.7 को चित्रित किया गया है। असंगठित अम्ल की सापेक्षिक सांद्रता नीले रंग में और इसके संयुग्मी क्षार की लाल रंग में दर्शाई गई है। उभयरोधी क्षेत्र pH = pK<sub>a</sub>± 1 में pH अपेक्षाकृत धीरे-धीरे बदलता है, जो pH = 4.7 पर केंद्रित है, जहां [HA] = [A<sup>−</sup>] हाइड्रोजन आयन की सांद्रता अपेक्षित मात्रा से कम हो जाती है क्योंकि प्रतिक्रिया में जोड़े गए अधिकांश हाइड्रॉक्साइड आयन का सेवन किया जाता है
{{block indent|em=1.5|text=OH<sup>−</sup> + HA → H<sub>2</sub>O + A<sup>−</sup>}}
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और निर्मूलीकरण प्रतिक्रिया में केवल थोड़ी सी खपत होती है (जो प्रतिक्रिया है जिसके परिणामस्वरूप pH में वृद्धि होती है)
और निर्मूलीकरण प्रतिक्रिया में केवल थोड़ी सी खपत होती है (जो प्रतिक्रिया है जिसके परिणामस्वरूप pH में वृद्धि होती है)
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<math display="block">\beta = -\frac{dC_a}{d(\mathrm{pH})},</math> जहाँ <math>dC_a</math> अतिरिक्त अम्ल की एक अतिसूक्ष्म मात्रा है। pH को −log<sub>10</sub>[H<sup>+</sup>] के रूप में परिभाषित किया गया है, और d(pH) pH में एक अतिसूक्ष्म परिवर्तन है।
<math display="block">\beta = -\frac{dC_a}{d(\mathrm{pH})},</math> जहाँ <math>dC_a</math> अतिरिक्त अम्ल की एक अतिसूक्ष्म मात्रा है। pH को −log<sub>10</sub>[H<sup>+</sup>] के रूप में परिभाषित किया गया है, और d(pH) pH में एक अतिसूक्ष्म परिवर्तन है।


किसी भी परिभाषा के साथ एक शक्तिहीन अम्ल HA के लिए पृथक्करण स्थिर K<sub>a</sub> के साथ उभयरोधी क्षमता के रूप में व्यक्त किया जा सकता है<ref>{{cite book |last1=Butler |first1=J. N. |title=Ionic Equilibrium: Solubility and pH calculations |date=1998 |publisher=Wiley |pages=133–136 |isbn= 978-0-471-58526-8}}</ref><ref name=Hulanicki/><ref name=Urbansky>{{cite journal |last1=Urbansky |first1=Edward T. |last2=Schock |first2=Michael R.|title=बफर क्षमता को समझना, प्राप्त करना और कंप्यूटिंग करना|journal=Journal of Chemical Education |date=2000 |volume=77 |issue=12 |pages=1640–1644 |doi=10.1021/ed077p1640 |bibcode=2000JChEd..77.1640U }}</ref>
किसी भी परिभाषा के साथ एक शक्तिहीन अम्ल HA के लिए पृथक्करण स्थिर K<sub>a</sub> के साथ उभयरोधी क्षमता के रूप में व्यक्त किया जा सकता है <ref>{{cite book |last1=Butler |first1=J. N. |title=Ionic Equilibrium: Solubility and pH calculations |date=1998 |publisher=Wiley |pages=133–136 |isbn= 978-0-471-58526-8}}</ref><ref name=Hulanicki/><ref name=Urbansky>{{cite journal |last1=Urbansky |first1=Edward T. |last2=Schock |first2=Michael R.|title=बफर क्षमता को समझना, प्राप्त करना और कंप्यूटिंग करना|journal=Journal of Chemical Education |date=2000 |volume=77 |issue=12 |pages=1640–1644 |doi=10.1021/ed077p1640 |bibcode=2000JChEd..77.1640U }}</ref>
<math chem display="block">\beta = 2.303 \left([\ce{H+}] + \frac{T_\ce{HA} K_a[\ce{H+}]}{(K_a + [\ce{H+}])^2} + \frac{K_\text{w}}{[\ce{H+}]}\right),</math>
<math chem display="block">\beta = 2.303 \left([\ce{H+}] + \frac{T_\ce{HA} K_a[\ce{H+}]}{(K_a + [\ce{H+}])^2} + \frac{K_\text{w}}{[\ce{H+}]}\right),</math>
जहां [H<sup>+</sup>] हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता है, और <math>T_\text{HA}</math> जोड़े गए अम्ल की कुल सांद्रता है। K<sub>w</sub> जल के स्व-आयनीकरण के लिए संतुलन स्थिरांक है, जो 1.0{{e|−14}} के बराबर है। ध्यान दें कि विलयन में H<sup>+</sup> [[हाइड्रोनियम]] आयन H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> के रूप में उपस्थित है, और आगे हाइड्रोनियम आयन के जल का पृथक्करण संतुलन पर नगण्य प्रभाव पड़ता है, बहुत अधिक अम्ल सांद्रता को छोड़कर।
जहां [H<sup>+</sup>] हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता है, और <math>T_\text{HA}</math> जोड़े गए अम्ल की कुल सांद्रता है। K<sub>w</sub> जल के स्व-आयनीकरण के लिए संतुलन स्थिरांक है, जो कि 1.0{{e|−14}} के बराबर है। ध्यान दें कि विलयन में H<sup>+</sup> [[हाइड्रोनियम]] आयन H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> के रूप में उपस्थित है, और आगे हाइड्रोनियम आयन के जल का पृथक्करण संतुलन पर बहुत अधिक अम्ल सांद्रता को छोड़कर उपेक्षणीय प्रभाव पड़ता है,।


  [[File:Buffer Capacity 2.png|thumb|250px|चित्रा 2.pK के साथ एक शक्तिहीन अम्ल के 0.1 m विलयन के लिए उभयरोधी क्षमता β<sub>a</sub> = 7]]यह समीकरण दर्शाता है कि बढ़ी हुई उभयरोधी क्षमता के तीन क्षेत्र हैं (चित्र 2 देखें)।
  [[File:Buffer Capacity 2.png|thumb|250px|चित्र 2.pK के साथ एक शक्तिहीन अम्ल के 0.1 m विलयन के लिए उभयरोधी क्षमता β<sub>a</sub> = 7]]यह समीकरण दर्शाता है कि बढ़ी हुई उभयरोधी क्षमता के तीन क्षेत्र हैं (चित्र 2 देखें)।
* वक्र के मध्य क्षेत्र में (आलेख पर हरे रंग का), दूसरा पद प्रभावी है, और <math chem display="block">\beta \approx 2.303 \frac{T_\ce{HA} K_a[\ce{H+}]}{(K_a + [\ce{H+}])^2}.</math> उभयरोधी क्षमता pH = pK<sub>a</sub> पर एक स्थानीय अधिकतम तक बढ़ जाती है। इस शिखर की ऊँचाई pK<sub>a</sub> के मान पर निर्भर करती है। उभयरोधी क्षमता नगण्य होती है जब उभयप्रतिरोधन कर्मक की एकाग्रता [HA] बहुत कम होती है और उभयप्रतिरोधन कर्मक की बढ़ती एकाग्रता के साथ बढ़ जाती है। <ref name=Urbansky/> कुछ लेखक केवल इस क्षेत्र को उभयरोधी क्षमता के लेखाचित्र में दिखाते हैं। <ref name=Skoog/>{{pb}} बफर क्षमता पीएच = पीकेए ± 1 पर अधिकतम मूल्य का 33%, pH = p''K''<sub>a</sub> ± 1.5 पर 10% और pH = p''K''<sub>a</sub> ± 2 पर 1% तक गिर जाती है। इस कारण से सबसे उपयोगी सीमा लगभग p''K''<sub>a</sub> ± 1 है। किसी विशिष्ट pH पर उपयोग के लिए बफर चुनते समय, उस pH के जितना संभव हो उतना करीब p''K''<sub>a</sub> मान होना चाहिए। <ref name=Skoog>{{cite book |last1=Skoog |first1=Douglas A. |last2=West |first2=Donald M. |last3=Holler |first3=F. James |last4=Crouch |first4=Stanley R. |title=विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के मूल तत्व|date=2014 |publisher=Brooks/Cole |isbn=978-0-495-55828-6 |pages=226 |edition=9th}}</ref>  
* वक्र के मध्य क्षेत्र में (आलेख पर हरे रंग का), दूसरा पद प्रभावी है, और <math chem display="block">\beta \approx 2.303 \frac{T_\ce{HA} K_a[\ce{H+}]}{(K_a + [\ce{H+}])^2}.</math> उभयरोधी क्षमता pH = pK<sub>a</sub> पर एक स्थानीय अधिकतम तक बढ़ जाती है। इस शिखर की ऊँचाई pK<sub>a</sub> के मान पर निर्भर करती है। उभयरोधी क्षमता उपेक्षणीय होती है जब उभयप्रतिरोधन कर्मक की एकाग्रता [HA] बहुत कम होती है और उभयप्रतिरोधन कर्मक की बढ़ती एकाग्रता के साथ बढ़ जाती है। <ref name=Urbansky/> कुछ लेखक केवल इस क्षेत्र को उभयरोधी क्षमता के लेखाचित्र में दिखाते हैं। <ref name=Skoog/>{{pb}} बफर क्षमता pH = p''K''<sub>a</sub> ± 1 पर अधिकतम मूल्य का 33%, pH = p''K''<sub>a</sub> ± 1.5 पर 10% और pH = p''K''<sub>a</sub> ± 2 पर 1% तक गिर जाती है। इस कारण से सबसे उपयोगी सीमा लगभग p''K''<sub>a</sub> ± 1 है। किसी विशिष्ट pH पर उपयोग के लिए बफर चुनते समय, उस pH के जितना संभव हो उतना करीब p''K''<sub>a</sub> मान होना चाहिए। <ref name=Skoog>{{cite book |last1=Skoog |first1=Douglas A. |last2=West |first2=Donald M. |last3=Holler |first3=F. James |last4=Crouch |first4=Stanley R. |title=विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान के मूल तत्व|date=2014 |publisher=Brooks/Cole |isbn=978-0-495-55828-6 |pages=226 |edition=9th}}</ref>  
*दृढ़ता से अम्लीय विलयनों के साथ, pH लगभग 2 से कम (आलेख पर लाल रंग), समीकरण में पहला शब्द हावी है, और उभयरोधी क्षमता घटते pH के साथ तीव्रता से बढ़ती है: <math display="block">\beta \approx 10^{-\mathrm{pH}}.</math> यह इस तथ्य का परिणाम है कि बहुत कम pH पर दूसरा और तीसरा पद नगण्य हो जाता है। यह शब्द रोधन कर्मक की उपस्थिति या अनुपस्थिति से स्वतंत्र है।
*दृढ़ता से अम्लीय विलयनों के साथ, pH लगभग 2 से कम (आलेख पर लाल रंग), समीकरण में पहला शब्द हावी है, और उभयरोधी क्षमता घटते pH के साथ तीव्रता से बढ़ती है: <math display="block">\beta \approx 10^{-\mathrm{pH}}.</math> यह इस तथ्य का परिणाम है कि बहुत कम pH पर दूसरा और तीसरा पद उपेक्षणीय हो जाता है। यह शब्द रोधन कर्मक की उपस्थिति या अनुपस्थिति से स्वतंत्र है।
* दृढ़ता से क्षारीय विलयनों के साथ, pH लगभग 12 से अधिक (आलेख पर नीला रंग), समीकरण में तीसरा शब्द हावी है, और उभयरोधी क्षमता बढ़ती pH के साथ तीव्रता से बढ़ती है: <math display="block">\beta \approx 10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_\text{w}}.</math> यह इस तथ्य का परिणाम है कि बहुत उच्च pH पर प्रथम और द्वितीय पद नगण्य हो जाते हैं। यह शब्द उभयप्रतिरोधन कर्मक की उपस्थिति या अनुपस्थिति से भी स्वतंत्र है।
* दृढ़ता से क्षारीय विलयनों के साथ, pH लगभग 12 से अधिक (आलेख पर नीला रंग), समीकरण में तीसरा शब्द हावी है, और उभयरोधी क्षमता बढ़ती pH के साथ तीव्रता से बढ़ती है: <math display="block">\beta \approx 10^{\mathrm{pH} - \mathrm{p}K_\text{w}}.</math> यह इस तथ्य का परिणाम है कि बहुत उच्च pH पर प्रथम और द्वितीय पद उपेक्षणीय हो जाते हैं। यह शब्द उभयप्रतिरोधन कर्मक की उपस्थिति या अनुपस्थिति से भी स्वतंत्र है।


== उभयरोधी के अनुप्रयोग ==
== उभयरोधी के अनुप्रयोग ==
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{{Chemical equilibria}}
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Latest revision as of 08:57, 13 June 2023

Acids and bases
Diagrammatic representation of the dissociation of acetic acid in aqueous solution to acetate and hydronium ions.
Acid types
Base types

एक उभयरोधी विलयन (अधिक सटीक, pH उभयरोधी या हाइड्रोजन आयन उभयरोधी) शक्तिहीन अम्ल या क्षार जलीय घोल होता है जिसमें एक शक्तिहीन अम्ल और उसके संयुग्म आधार का मिश्रण, या इसके विपरीत होता है। [1] प्रबल अम्ल या क्षार (रसायन शास्त्र) की थोड़ी सी मात्रा इसमें मिलाने पर इसका pH बहुत कम बदलता है। विभिन्न प्रकार के रासायनिक अनुप्रयोगों में लगभग स्थिर मूल्य पर pH रखने के साधन के रूप में उभयरोधी विलयन का उपयोग किया जाता है। प्रकृति में, कई जीवित प्रणालियाँ हैं जो pH विनियमन के लिए उभयप्रतिरोधन का उपयोग करती हैं। उदाहरण के लिए, रक्त के pH को विनियमित करने के लिए [[बाइकार्बोनेट जीवित प्रणाली]] का उपयोग किया जाता है, और बाइकार्बोनेट भी महासागर अम्लीकरण के रूप में कार्य करता है।

उभयप्रतिरोधन के सिद्धांत

चित्र 1. एक शक्तिहीन अम्ल के एक अम्लीय विलयन का नकली अनुमापन (pKa = 4.7) क्षार के साथ

शक्तिहीन अम्ल एचए और इसके संयुग्मित आधार ए के बीच रासायनिक संतुलन के कारण उभयरोधी विलयन पीएच परिवर्तन का विरोध करते हैं:

HA ⇌ H+ + A−

जब शक्तिहीन अम्ल और उसके संयुग्मी क्षार के साम्य मिश्रण में कुछ प्रबल अम्ल मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयन (H+) जोड़े जाते हैं, और ले चेटेलियर के सिद्धांत के अनुसार संतुलन को बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है। इस वजह से, हाइड्रोजन आयन की सांद्रता जोड़े गए शक्तिशाली अम्ल की मात्रा के लिए अपेक्षित मात्रा से कम बढ़ जाती है।

इसी तरह, यदि शक्तिशाली क्षार को मिश्रण में मिलाया जाता है, तो हाइड्रोजन आयन की सांद्रता जोड़े गए क्षार की मात्रा के लिए अपेक्षित मात्रा से कम हो जाती है। चित्र 1 में, अम्ल पृथक्करण स्थिरांक के साथ एक शक्तिहीन अम्ल के कृत्रिम अनुमापन द्वारा प्रभाव pKa= 4.7 को चित्रित किया गया है। असंगठित अम्ल की सापेक्षिक सांद्रता नीले रंग में और इसके संयुग्मी क्षार की लाल रंग में दर्शाई गई है। उभयरोधी क्षेत्र pH = pKa± 1 में pH अपेक्षाकृत धीरे-धीरे बदलता है, जो pH = 4.7 पर केंद्रित है, जहां [HA] = [A−] हाइड्रोजन आयन की सांद्रता अपेक्षित मात्रा से कम हो जाती है क्योंकि प्रतिक्रिया में जोड़े गए अधिकांश हाइड्रॉक्साइड आयन का सेवन किया जाता है

OH− + HA → H2O + A−

और निर्मूलीकरण प्रतिक्रिया में केवल थोड़ी सी खपत होती है (जो प्रतिक्रिया है जिसके परिणामस्वरूप pH में वृद्धि होती है)

OH− + H+ → H2O.

एक बार जब अम्ल 95% से अधिक अवक्षेपण हो जाता है, तो pH तीव्रता से बढ़ जाता है क्योंकि निर्मूलीकरण प्रतिक्रिया में अधिकांश अतिरिक्त क्षार का सेवन किया जाता है।

उभयरोधी क्षमता

उभयरोधी क्षमता अम्ल या क्षार एकाग्रता में परिवर्तन के संबंध में उभयप्रतिरोधन कर्मक युक्त विलयन के pH में परिवर्तन के प्रतिरोध का एक मात्रात्मक उपाय है। इसे इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है:[2][3]

जहाँ अतिरिक्त आधार की एक अतिसूक्ष्म राशि है, या
जहाँ अतिरिक्त अम्ल की एक अतिसूक्ष्म मात्रा है। pH को −log10[H+] के रूप में परिभाषित किया गया है, और d(pH) pH में एक अतिसूक्ष्म परिवर्तन है।

किसी भी परिभाषा के साथ एक शक्तिहीन अम्ल HA के लिए पृथक्करण स्थिर Ka के साथ उभयरोधी क्षमता के रूप में व्यक्त किया जा सकता है [4][5][3]

जहां [H+] हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता है, और जोड़े गए अम्ल की कुल सांद्रता है। Kw जल के स्व-आयनीकरण के लिए संतुलन स्थिरांक है, जो कि 1.0×10−14 के बराबर है। ध्यान दें कि विलयन में H+ हाइड्रोनियम आयन H3O+ के रूप में उपस्थित है, और आगे हाइड्रोनियम आयन के जल का पृथक्करण संतुलन पर बहुत अधिक अम्ल सांद्रता को छोड़कर उपेक्षणीय प्रभाव पड़ता है,।

File:Buffer Capacity 2.png
चित्र 2.pK के साथ एक शक्तिहीन अम्ल के 0.1 m विलयन के लिए उभयरोधी क्षमता βa = 7

यह समीकरण दर्शाता है कि बढ़ी हुई उभयरोधी क्षमता के तीन क्षेत्र हैं (चित्र 2 देखें)।

  • वक्र के मध्य क्षेत्र में (आलेख पर हरे रंग का), दूसरा पद प्रभावी है, और