كيمياء – تركيز أيون الهيدرونيوم للصف الثالث الثانوى 2016

  

حساب تركيز أيون الهيدرونيوم ، الأس الهدروجيني، حاصل الإذابة

الأحماض الضعيفة: هي أحماض تتفكك جزئياً في المحلول المائي (أو هي أحماض تتميز بصغر ثابت تأينها )

عندما يتفكك حمض ضعيف مثل حمض الخليك تركيزه C_a في الماء حسب المعادلة

وبتطبيق قانون فعل الكتلة لحساب ثابت التأين K_aفإن

 

من المعادلة السابقة بما أن عدد أيونات H₃O⁺  عدد أيونات CH₃COO^-(لأن الحمض أحادي البروتون)

فإن تركيزهما يكون متساويان … أي أن [ H₃O⁺] = [CH₃COO^-]

وبذلك فإن قيمة ثابت التأين

وبما أن الحمض ضعيف (ثابت تأين الحمض K_a صغير جداً ) فإن مقدار ما يتفكك منه α ضئيل جداً يمكن إهماله

إذاً تركيز الحمض المتبقي عند الإتزان [CH₃COOH] = تركيز الحمض الأصلي C_a

 

معلومة هامة:

لحساب تركيز أيون الهيدروجين في الأحماض القوية = تركيز الحمض × قاعديةالحمض (عدد H⁺) وبالمثل في القواعد القوية.

الماء النقي إلكتروليت ضعيف يوصل التيار الكهربي توصيلاً ضعيفاً، ويعبر عن تأينه كالتالي:

ويطبق قانون فعل الكتلة لحساب ثابت الإتزان كما يلي :

وبما أن مقدار ما يتأين من الماء لا يذكر كما يتضح من قيمة ثابت الإتزان وهو K_c= 10^-14

إذاً تركيز الماء غير المتأين [H₂O] يعتبر مقدار ثابت ولذلك يمكن إهمال تركيز الماء غير المتأين

 

وحيث أن الماء متعادل التأثير على عباد الشمس

فإن تركيز أيون الهيدروجين المسئول عن الحموضة = تركيز أيون الهيدروكسيل المسئول عن القلوية = 10^-7

الحاصل الأيوني للماء K_w

 هو حاصل ضرب تركيزي أيون الهيدروجين وأيون الهيدروكسيل الناتجين من تأين الماء

• الحاصل الأيوني للماء مقدار ثابت يساوي دائماً : 1× 10^-14 مول/لتر

• إذا زاد تركيز أيون الهيدروجين قل تركيز أيون الهيدروكسيل بنفس المقدار

• يمكن معرفة تركيز أحد الأيونين إذا أمكن معرفة تركيز الأخر

الأس (الرقم) الهيدروجيني  pH:  هو اللوغاريتم السالب للأساس 10 لتركيز أيون الهيدروجين

أو أسلوب للتعبير عن درجة الحموضة أو القاعدية للمحاليل المائية

الحرف (p) يعني  (-log)

أي أن :       

ومن معادلة الحاصل الأيوني للماء وبأخذ اللوغاريتم السالب لهذه المعادلة فإنها تصبح

وبإستبدال القيمة (-log) بالحرف (p) فإن المعادلة تصبح

فإذا كانت قيمة pH للمحلول تساوي من 7 يكون المحلول متعادل

فإذا كانت قيمة pH للمحلول أكبر من 7 يكون المحلول قلوي

جهاز قياس الرقم الهيدروجيني  pH meter

 

تجربة: إحضر أربع أنابيب وضع في الأولى محلول كربونات صوديوم والثانية محلول كلوريد أمونيوم والثالثة أسيتات أمونيوم والرابعة كلوريد صوديوم وإكشف عنهم بورق عباد شمس وتأكد من صحة البيانات بالجدول التالي:

 

يمكن تفسير نتائج الجدول السابق كما يلي:

1-              التحلل المائي لملح كربونات الصوديوم (ملح مشتق من حمض ضعيف مع قاعدة قوية)

يتأين الماء كإلكتروليت ضعيف ليعطي أيونات الهيدروجين وايونات الهيدروكسيل وعند إذابة كربونات الصوديوم فإنها تتفكك إلى أيونات صويوم وأيونات كربونات.

 

يلاحظ من التفاعل تكون حمض الكربونيك وأيونات كل من الصوديوم والهيدروكسيل ويرجع عدم تكون هيدروكسيد الصوديوم إلى أنه إلكتروليت قوي والمعروف أن الإلكتروليتات القوية تكون تامة التأين

ويرجع تكون حمض الكربونيك إلى إتحاد أيونات الهيدروجين الناتجة من تأين الماء مع أيونات الكربونات في المحلول وتعطي حمض الكربونيك ضعيف التأين

ينشأ عن ذلك سحب مستمر لأيونات الهيدروجين من إتزان تأين الماء فيختل الإتزان

وليرجع الإتزان وتبعاً لقاعدة لوشاتيليه فتتأين جزيئات أخرى من الماء لتعوض النقص في تركيز أيونات الهيدروجين وتراكم وزيادة تركيز أيونات الهيدروكسيل ويصبح تركيزها أكبر من تركيز أيونات الهيدروجين ويصبح الرقم الهيدروجيني pH>7  ويكون محلول كربونات الصوديوم قلوي.

2-              التحلل المائي لملح كلوريد الأمونيوم (ملح مشتق من حمض قوي مع قاعدة ضعيفة )

يمثل ذوبان كلوريد الأمونيوم في الماء بالمعادلات الآتية:

 

يتضح من التفاعل:

عند ذوبان كلوريد الأمونيوم في الماء ينتج أيونات الهيدروجين وأيونات الكلوريد وهيدروكسيد الأمونيوم ولا يتكون حمض الهيدروكلوريك لأنه إلكتروليت قوي فيكون تام التأين ( H⁺, Cl^-).

أي أن وجود أيونات الكلوريد لا يؤثر في إتزان الماء أما أيونات الأمونيوم فهي تتفاعل مع أيونات الهيدروكسيل الناتجة من تأين الماء ليعطي هيدروكسيد الأمونيوم وهو إلكتروليت ضعيف التأين.

ونتيجة لسحب أيونات الهيدروكسيل من إتزان تأين الماء يختل الإتزان.

وليرجع الإتزان وتبعاً لقاعدة لوشاتيليه فتتأين جزيئات أخرى من الماء لتعوض النقص في تركيز أيونات الهيدروكسيل وتراكم وزيادة تركيز أيونات الهيدروجين ويصبح تركيزها أكبر من تركيز أيونات الهيدروكسيل ويصبح الرقم الهيدروجيني pH<7  ويكون محلول كلوريد الأمونيوم حامضياً.

3-              التحلل المائي لملح أسيتات الأمونيوم (ملح مشتق من حمض ضعيف مع قاعدة ضعيفة)

يمثل ذوبان أسيتات الأمونيوم في الماء بالمعادلات الأتية:

 

في هذه الحالة يتكون حمض الخليك وهيدروكسيد الأمونيوم وكلاهما إلكتروليت ضعيف .

يعني تركيز أيونات الهيدروجين القليل الناتج من تأين الحمض الضعيف يكافئ تركيز أيونات الهيدروكسيل القليل الناتج من تأين القلوي الضعيف فيكون المحلول متعادل.

4-              التحلل المائي لملح كلوريد الصوديوم ( ملح مشتق من حمض قوي مع قاعدة قوية )

يمكن تمثيل ذوبان كلوريد الصوديوم في الماء بالمعادلات

لا يتكون حمض الهيدروكلوريك القوي والتام التأين وهيدروكسيد الصوديوم القلوي والتام التأين.

لذا تبقى أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيل الناتجين من تأين الماء كما هي ويكون المحلول متعادلاً.

مما سبق:

• التميؤ عكس التعادل فعند ذوبان الملح في الماء ينتج الحمض والقلوي المشتق منهما الملح

• تعتمد الخاصية الحامضية والقاعدية لمحلول الملح على قوة كل الحمض والقلوي الناتجين من ذوبان الملح في الماء.

لكل ملح صلب حد معين للذوبان في الماء عند درجة حرارة معينة وعند الوصول إلى هذا الحد تصبح المادة المذابة في حالة إتزان ديناميكية مع المادة غير المذابة ويوصف المحلول حينئذ بالمحلول المشبع وبذلك يمكن تطبيق قانون فعل الكتلةعلى هذه الحالة من الإتزان ويعرف ثابت الإتزان في هذه الحالة بثابت حاصل الإذابة K_sp

حالة الإتزان (الثبات) الديناميكي التي يصل إليها الملح الصلب عند إذابته في الماء مع الكمية غير المذابة عند حد التشبع عند درجة حرارة معينة ويوصف المحلول حينئذ بالمحلول المشبع

 

درجة الذوبان: تركيز المحلول المشبع من الملح شحيح الذوبان عند درجة حرارة معينة

مثال: عند إذابة بروميد الرصاص PbBr₂ (شحيح الذوبان في الماء)  ورجت في الماء فإن كمية ضئيلة جداً سوف تذوب ويتأين جزء منها تبعاً للمعادلة

 

حاصل الإذابة K_sp) Solubility Product)

هو حاصل ضرب تركيزات أيونات المركب شحيح الذوبان في الماء مقدرة بالمول /لتر كل مرفوع لأس يساوي عدد الأيونات التي توجد في حالة إتزان مع محلولها المشبع.

ملاحظات هامة:

• درجة ذوبانية الملح الشحيح بوحدة (مول/لتر) هي نفسها تركيز الملح.

• تركيز الأيون = عدد مولات الأيون من معادلة التفكك × درجة ذوبانية الملح (تركيز الملح بوحدة مول/لتر)

• درجة ذوبانية بوحدة مول/لتر = درجة ذوبانبة بوحدة جم/لتر ÷ كتلة المول

• مسائل حاصل الإذابة

• يعطي تركيز الأيونين

• يعطي تركيز أحد الأيونين فقط

• يعطي درجة الإذابة

مثال:

إحسب قيمة حاصل إذابة K_sp لملح كبريتات الفضة Ag₂SO₄ علما بأن درجة ذوبانه (تركيزه) في الماء عند درجة حرارة معينة يساوي 1,4×10^-2مول /لتر

الحل:

 

ممنوووووووووووووووووووووووووووووووووووون