অম্ল ও বাফার দ্রবণের pH গণনা আমাদের আজকের আলোচনার বিষয়। এই পাঠটি “এইচএসসি রসায়ন ১ম পত্র” এর “দ্রবণ ও দ্রাব্যতা” ইউনিট ৬ এর অন্তর্ভুক্ত।
অম্ল ও বাফার দ্রবণের pH গণনা
বাফার দ্রবণ ও বাফার দ্রবণ প্রস্তুতি (Buffer Solution and Preparation of Buffer Solution)
আমরা যে খাবারগুলো গ্রহণ করি, তাদের অনেকগুলো সামান্য অম্লীয় বা ক্ষারীয় প্রকৃতির হতে পারে। যেমন— সফট ড্রিংকসে কার্বনিক এসিড, লেবু বা কমলায় বা কাঁচা মরিচে সাইট্রিক এসিড, তেঁতুলে টারটারিক এসিড, দুধে ল্যাকটিক এসিড ইত্যাদি দুর্বল এসিড থাকে। আবার পানের সাথে অনেকে চুন খেয়ে থাকেন যা ক্ষারীয়। এগুলো অল্প পরিমাণে খেলে আমাদের পাকস্থলীর পাচকরসের pH তেমন পরিবর্তন হয় না। কারণ পাচকরস হচ্ছে একটি বাফার দ্রবণ ।
এসিড এবং ক্ষারের অথবা লবণের যেকোনো দ্রবণের নির্দিষ্ট শর্তে নির্দিষ্ট pH মান থাকে। নির্দিষ্ট pH-এর যেকোনো দ্রবণ ল্যাবরেটরিতে গ্লাস পাত্রে সংরক্ষণ করা হলে কিছুদিনের মধ্যে ঐ দ্রবণের pH মান পরিবর্তন হয়ে যায়। এর কারণ কী? বায়ুর জলীয় বাষ্পের সাথে কার্বন ডাইঅক্সাইড থাকে। CO2 অম্লীয় অক্সাইড । দ্রবণে CO2 শোষিত হলে দ্রবণের pH-এর মান হ্রাস পায় ।
H2O + CO2 ←→ H2CO3
H2CO3 —→ H + HCO3
ক্ষারীয় দ্রবণ কাচের গ্লাসে সংরক্ষণ করা হলে গ্লাস হতে সিলিকেট দ্রবীভূত হয়ে দ্রবণে মিশে যায়। সিলিকেট ক্ষারধর্মী হওয়ায় দ্রবণের pH-এর মান বেড়ে যায়। আবার কোনো মানের pH দ্রবণে ২/১ ফোঁটা এসিড বা ক্ষার যোগ করার সাথে সাথেই pH-এর মান পরিবর্তিত হয়ে যায়। কিন্তু আমাদের ব্যবহারিক ক্ষেত্রে অনেক সময় এমন ধরনের দ্রবণ প্রয়োজন হয় যার pH মান সহজেই পরিবর্তন হয় না। যে দ্রবণের pH মান সহজে পরিবর্তন হয় না তাকে বাফার দ্রবণ বলে । বাফার দ্রবণে সাধারণত-
i. দুর্বল অম্ল এবং ঐ অম্লের সাথে সবল ক্ষারের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণ এবং
ii. দুর্বল ক্ষার এবং ঐ ক্ষারের সাথে সবল এসিডের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণের মিশ্রণ ব্যবহৃত হয়।
সুতরাং যে দ্রবণে সামান্য পরিমাণ এসিড বা ক্ষার যোগ করলেও দ্রবণের pH-এর মান অপরিবর্তিত থাকে তাকে বাফার দ্রবণ বলে । বাফার দ্রবণের pH অপরিবর্তিত রাখার ক্ষমতাকে বাফার ক্ষমতা বলে ।
বাফার ক্রিয়া (Buffer Action) : বাফার দ্রবণে সামান্য পরিমাণে অম্ল বা ক্ষারক যোগ করলে বাফার দ্রবণের pH-এর মানের কোনো পরিবর্তন হয় না। বাফার দ্রবণ pH পরিবর্তনে বাধার সৃষ্টি করে। বাফার দ্রবণের pH পরিবর্তনে বাধা দেওয়ার ক্ষমতাকে বাফার ক্রিয়া (Buffer action) বলে।
বাফার ক্ষমতা (Buffer Capacity) : বাফার দ্রবণ এমনভাবে তৈরি করা হয় যাতে সামান্য পরিমাণ তীব্র অম্ল বা তীব্র ক্ষারক যোগ করা হলেও তার pH মানের কোনো পরিবর্তন হয় না। কোনো বাফার দ্রবণের pH-এর মান এক একক হ্রাস বা এক একক বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ তীব্র এসিড বা তীব্র ক্ষারক যোগ করতে হয় এসিড বা ক্ষারের ঐ পরিমাণকে বাফার ক্ষমতা (Buffer capacity) বলে।
প্রস্তুতি :
(ক) অম্লীয় বাফার দ্রবণ : সাধারণত কোনো মৃদু এসিড ও ঐ এসিডের সাথে তীব্র ক্ষারের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণ মিশ্রিত করে বাফার দ্রবণ প্রস্তুত করা হয়। এক্ষেত্রে বিভিন্ন pH বিশিষ্ট বাফার দ্রবণ প্রস্তুতির জন্য হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ ব্যবহার করে এসিড ও লবণের ঘনমাত্রার বিপরীতে তাদের পরিমাণের অনুপাত নির্ণয় করা হয়। অতঃপর হিসাবকৃত অনুপাতে এসিড ও লবণ মিশ্রিত করে কাঙ্ক্ষিত pH বিশিষ্ট দ্রবণ তৈরি করা হয়। সাধারণত অম্লীয় বাফার দ্রবণের pH মান 3.7 থেকে 5-6 এর মধ্যে হয়।
অম্লীয় দ্রবণের জন্য হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ নিম্নরূপ—
এ সমীকরণ থেকে নির্দিষ্ট pH বিশিষ্ট বাফার দ্রবণ প্রস্তুত করতে নিচের বিষয়গুলো বিবেচনা করা প্রয়োজন ।
১। কোনো নির্দিষ্ট pH বিশিষ্ট অম্লীয় বাফার দ্রবণ প্রস্তুত করতে ঐ pH এর কাছাকাছি pKa বিশিষ্ট অম্ল ও তার লবণ বিবেচনা করতে হবে। pH এর মান pKa এর যত কাছাকাছি হবে ঐ বাফার দ্রবণের কার্যকারিতা ততই অধিক হবে। [লবণ]
২। [এসিড] এর অনুপাত 1 রেখে বাফার দ্রবণ প্রস্তুত করলে ঐ বাফার দ্রবণের বাফার ক্ষমতা সর্বোচ্চ হয়। কারণ সেক্ষেত্রে pH ও pKa সমান হয়। অর্থাৎ দ্রবণে তুল্য পরিমাণ মৃদু এসিড ও তুল্য পরিমাণ তার লবণ মিশালে ঐ বাফার দ্রবণের ক্ষমতা সর্বোচ্চ হয়।
৩। [লবণ]/[এসিড] – অনুপাত 10 থেকে 0.1 এর মধ্যে থাকলে বাফার দ্রবণের pH বিস্তার pKa+ 1 থেকে pKa – 1 পর্যন্ত হবে।
৪। আদর্শ বাফার দ্রবণের ঘনমাত্রা 1 mM থেকে 200 mM বিবেচনা করতে হবে ।
বাফার দ্রবণের pH গণনা (Calculation of pH of a Buffer Solution)
হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ (Henderson-Hasselbach Equation)
হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ বাফার দ্রবণের pH নির্ণয়ের জন্য যে সমীকরণ প্রতিষ্ঠিত করেন তা হেন্ডারসন-হ্যাসেলবাখ সমীকরণ নামে পরিচিত।
(১) অম্লীয় প্রকৃতির বাফার দ্রবণের pH গণনার সমীকরণ : অম্লীয় বাফার দ্রবণ প্রস্তুতিতে দুর্বল এসিড ব্যবহৃত হয়। এ এসিড দ্রবণে সামান্য পরিমাণে বিয়োজিত হয়ে সাম্যাবস্থায় থাকে। CH3COOH এবং CH3COONa সমন্বয়ে তৈরি একটি বাফার দ্রবণ বিবেচনা করি । CH3COOH-এর বিয়োজন নিম্নরূপ-
আরও পড়ুন…
