الخميس، 13 أكتوبر، 2016

الاتزان في محاليل الحموض الضعيفة

الاتزان في محاليل الحموض الضعيفة :
عرفنا أن الحموض القوية تتأين في الماء بصورة تامة تقريبا ، وعلى النحو الآتي :
HX      +     H2O                   H3O+       +  X-
حيث يكون : ] H3O+ [ الناتج  = ] HX [ قبل التأين
بينما تركيز  ] HX [ بعد التأين التام = صفرا ( حيث تحول كليا الى أيونات X- و H3O+ ) .
أما في الحموض الضعيفة ، فان تأين الحمض يكون جزئيا :-
HA      +     H2O                   H3O+       +  A-    
أي أن هناك حالة اتزان بين جزيئات الحمض الضعيف (HA ) غير المتأين و بين الأيونات الناتجة من تأينه الجزئي (H3O+ و A-    )
ويعبر عن حالة الاتزان هذه بسهمين متعاكسين تغني أن احتمال حدوث التفاعل في أي من الاتجاهين ( الأمامي أو العكسي ) ممكن .
و بتطبيق تعبير ثابت الاتزان على المعادلة الثانية :-
K  =  ] A- [   ] H3O+ [
        ] H2O [   ] HA [
K ] H2O [  =   ] A- [   ] H3O+ [         ( على اعتبار أن ] H2O [ ثابت في المحاليل )
 ] HA [

Ka = ] A- [   ] H3O+ [        
 ] HA [
ثابت تأين الحمض ، ويعتبر مقياسا لقوة الحمض و قدرته على إنتاج أيونات H3O+  حيث  تزداد قيمة Ka بزيادة ] H3O+ [
أي بزيادة قوة الحمض .
ملاحظات هامة :
HA      +     H2O                   H3O+       +  A-         
قبل التأين ( التركيز ) *                *                                                                                         س       
بعد التأين ( عند الاتزان )                                           ص               ص                                    ص )
                                                                                                                 تهمل قيمة ص لصغرها        حيث : س تركيز الحمض الضعيف قبل التأين ( مول / لتر )
      : ص مقدار النقص في تركيز الحمض الضعيف ، (مقدار ما تأين )
وبتطبيق ثابت تأين الحمض Ka = ] A- [   ] H3O+ [         = (ص )  ( ص )
 ]                                HA [                           س
· ] A- [  =  ] H3O+ [  = ص حيث نسب المولات الناتجة متساوية و يمكن تحديد قيمة أحدهما بمعرفة قيمة الآخر .
· لا يدخل تركيز H2O في تعبير ثابت الاتزان على اعتبار أن تركيز الماء يبقى ثابتا تقريبا في المحاليل .
· اذا كانت قيمة    PH معلومة فيمكننا حساب  ] H3O+ [ =   10-  PH= ] A- [
· نقوم بحساب قيمة PH للمحلول من معرفة قيمة Ka للحمض الضعيف و معرفة تركيز  ]  HA [                                       
حيث Ka = ] A- [   ] H3O+ [     =  ] H3O+ [2
                      ] HA  [                  ]  [HA
]         H3O+ [2    = Ka ]  [HA           ] H3O+ [ =    Ka ]  [HA 
        حيث PH = - لو ] H3O+ [

مثال ( 1 ) :
من الجدول المقابل :
1-     اكتب صيغة الحمض الأقوى .                                                        
2-     اذا كان لديك محلولان من الحمضين HA و HB متساويان في التركيز ،
     فأيهما يكون فيه ] H3O+ [ أكبر ؟
3-     احسب قيمة PH لمحلول الحمض HX تركيزه يساوي ( 0.01 مول / لتر )
     علما بأن لو 2 = 0.3
4-     ما صيغة القاعدة المرافقة للحمض الأضعف ؟
5-     ما النسبة   [HB]  اللازمة لتحضير محلول قيمة PH = 5 ؟
                 B- ] [
1-     الحمض الأقوى  ( الأكبر Ka ) : HZ
2-     ] H3O+ [ في HA أكبر ، لأنه حمض أقوى من HB .
3-     لحساب قيمة PH يلزمنا معرفة ] H3O+ [ :
HX      +     H2O                   H3O+       +  X                                                                      صفر           صفر                                       0.01
                                                                           س               س                              0.01 س
 Ka = 4 x 10-10 =     س2             س2 = 4 x 10-12
                            0.01
       س = 2 x 10-6    مول / لتر .  = ] H3O+ [
 PH = - لو ] H3O+ [  = - لو (2 x 10-6 )  = 6- لو 2 = 6 0.3 = 5.7 .
4-     X- .
5-     PH =5             ] H3O+ [   = 1 x 10-5     مول / لتر .

Ka = ] B- [   ] H3O+ [          HB ] [   =  ] H3O+ [
                 ] HB  [               ]  [B-                     Ka        
HB ] [   =   1 x 10-5        =     1     .
]  [B-                2 x 10-5              2 



مثال ( 2 ) : اذا أذيب 18 غم من حمض الأسيتيك ( CH3COOH ) في ماء كاف لعمل محلول حجمه لتر ، فاذا علمت أن Ka  =   1.8 x 10-5 ، أجب عما يأتي :
       1.         احسب تركيز الحمض في البداية  ، و عند الاتزان ؟
       2.         احسب تركيز ] H3O+ [ و [OH-] ؟
       3.         ما مقدار درجة الحموضة للمحلول PH ؟
الحل :
       1.         التركيز = عدد المولات                  الكتلة       =        18   = 0.3 مول
                 الحجم باللتر                الكتلة المولية             60
إذا التركيز =  0.3   = 0.3 مول / لتر .
               1
اذا تركيز حمض الايثانويك ( الاسيتيك ) 0.3 مول / لتر في البداية ، وهو تقريبا نفس التركيز الموجود عند الاتزان ، لأن مقدار ما يتفكك منه عند الاتزان ضئيل جدا .
       2.                           +H3O         +      CH3COOH   +  H2O                             CH3COO-
                    صفر                         صفر                                                         0.3
                    س                             س                                                       0.3 س
Ka = ] س [   ] س [                  1.8 x 10-5    =  س2                          س2 =    5.4 x  10-6
0.3                                                                                                      0.3  
اذا   س = 2.3 x  10-3 مول / لنر  .
و منه ] H3O+ [ =   2.3 x  10-3    مول / لتر .       
       [OH-]  =    Kw       = 1  x 10-14       = 4.3x 10-12  مول / لتر .
                      [H3O+]        2.3 x 10-3    
3- PH = - لو ] H3O+ [
          = - لو] 2.3 x 10-3 [ = - ( لو 2.3 + لو 10-3  ) = - ( 0.36 3 ) = 2.64
مثال ( 3 ) :    دلت التجارب العملية أن نسبة تأين حمض الهيدروفلوريك HF تركيزه ( 0.1 مول / لنر ) تساوي ( 8 % ) .
 احسب قيمة Ka للحمض .
HF   + H2O                   H3O+          +     F-
من نسبة التأين ( 8 % ) نستطيع حساب قيمة كل من ] H3O+ [ = [ F- ] 
] H3O+ [ = ] HF [ x نسبة التأين          حيث  ] H3O+ [ = ] الحمض الضعيف [ x نسبة التأين
             =    0.1 x  8% =  8 x 10-3  مول / لتر
Ka = ] F- [   ] H3O+ [         
                 ] HF  [
     = 8 x 10 -3   x      8 x 10-3       = =    6.4 x 10-4   .
                   0.1

  الاتزان في محاليل القواعد الضعيفة : -
عرفنا أن القواعد القوية تتأين كليا في الماء مثل ( NaOH و KOH )
   B       +      H2O                       BH+      +      OH-
قاعدة قوية
 حيث يكون   [OH-] الناتج  = [B] قبل التأين
في حين يصبح  [B] = صفرا ( لا يبقى من القاعدة B جزيئات غير متأينة )
أما في حالة القواعد الضعيفة ، فان التأين يكون جزئيا :-
   B       +      H2O                       BH+      +      OH-
و من الوضح وجود الأيونات OH- و BH+ في حالة اتزان مع جزيئات B غير المتأينة .
و بتطبيق تعبير ثابت الاتزان ( كما في حالة الحموض الضعيفة ) :-
K  =  ] OH- [   ] BH+ [
        ] H2O [   ] B [
K ] H2O [  =   ] OH- [   ] BH+ [         ( على اعتبار أن ] H2O [ ثابت في المحاليل )
 ] B [

Kb = ] OH- [   ] BH+ [        
 ] B [
ثابت تأين القاعدة ، ويعتبر مقياسا لقوة القاعدة و قدرته على إنتاج أيونات OH- حيث  تزداد قيمة Kb بزيادة ] [OH-
أي بزيادة قوة القاعدة .
ملاحظات هامة :-
الملاحظات السابقة المتعلقة بالحموض الضعيفة تؤخذ بالاعتبار في الحسابات المتعلقة بالقواعد الضعيفة أيضا .
 · اذا طلب حساب PH لمحلول قاعدة ، فان تحديد تركيز   ] H3O+ [ لا يكون مباشرا في هذه الحالة ( كما في الحموض الضعيفة ) بل يتم حسابه من تركيز ] [OH- وذلك باستخدام العلاقة  ] H3O+ [  =    Kw      
                                                                                                [OH-]
 · لتحديد تركيز ] [OH-  مباشرة من معرفة Kb و تركيز القاعدة الضعيفة  ] B [ نستخدم العلاقة :
      ] [OH- =  Kb   ] B [ .  ( للأسئلة الموضوعية ) و على أن تنتج القاعدة الضعيفة B ( أيون OH-   واحد )
 · من أهم القواعد الضعيفة و قيم Kb لها :
القاعدة
الصيغة
Kb
الأمونيا
NH3
1.8 x 10-5
هيدرازين
N2H4
1 x 10-6
ميثل أمين
CH3NH2
3.7 x 10-4
أنيلين
C6H5NH2
3.8 x 10-10

 · لاحظ أن القاعدة الأقوى هى CH3NH2   ( الأكبر Kb ) و أن القاعدة الأضعف هي C6H5NH2 ( الأقل Kb ) على افتراض أنها متساوية التركيز .



مثال ( 1 ) :-
اعتمادا على الجدول المجاور ، أجب عن الأسئلة الآتية :-
1-     رتب القواعد المذكورة تصاعديا وفق قوتها
2-     ما الحمض المرافق لكل من القواعد الثلاث ؟                                               القاعدة      ثابت التأين (Kb )
3-     اذا كان لدبك محاليل متساوية التركيز من القواعد الثلاث ،                              NH3        2 x 10-5
      فأيهما يكون فيها ] H3O+ [ أكبر ؟                                                    N2H4      1 x 10-6
4-     احسب قيمة PH لمحلول 0.2 مول / لتر من الأمونيا ( NH3 ) .                    NH2OH    1x 10-8
5-      اذا طلب منك تحضير محلول من احدى القواعد المذكورة بحيث تكون PH له = 8
            وبحيث يكون تركيز القاعدة مساويا لتركيز حمضها المرافق ؟
الحل :   تزداد قوة القاعدة بزيادة Kb
1-     NH2OH ، N2H4 ، NH3
2-      NH3 : NH4+ .
     N2H4 : N2H5+  . 
   NH2OH : NH3+OH .
3-     ] H3O+ [ يكون أكبر في محلول القاعدة الأضعف ، أي في NH2OH ، حيث يكون فيها ] [OH-  أقل والذي يتناسب عكسيا مع ] H3O+ [
4-      
NH3 + H2O                       NH4+    +    OH-         .
 0.2                                     صفر              صفر
0.2- س                                  س                 س  
Kb = ] OH- [   ] NH4+ [  =   س2   =     2 x 10-5
 ] NH3 [                    0.2
  س2  =  4 x 10-6          س = 4 x 10-6  =  2 x 10-3  مول / لتر = ] OH- [
         ] H3O+ [  =    Kw       =   1  x 10-14       =  5  x 10-12  مول / لتر .
                             [OH-]           2x  10-3
PH        = - لو ] H3O+   [= - لو (5x 10-12)
 = 12 - لو 5  =  12  -  0.7  =  11.3

المطلوب تحضير محلول من إحدى القواعد ، بحيث :-
         · ] القاعدة [ = ] الحمض [ .               ] القاعدة [  = 1
                                                    ] الحمض [                    
         ·                                                                                                                                                                                         PH = 8            ] H3O+ [ =  1x 10-8  مول / لتر
         [OH-] =  1 x 10-14 = 1 x 10-6  مول / لنر                                                                                                             1  x 10-8

اذا استطعنا تحديد قيمة (Kb ) نستطيع تحديد القاعدة المطلوبة ، اذا :-

Kb = ] OH- [   ] BH+ [     
 ] B [ 
  ( حيث أننا افترضنا أن صيغة القاعدة العامة (B ) ، وصيغة الحمض المرافق لها (BH+ ) )
  و بما أن       ] BH+ [   = 1  
 ] B [
فان Kb = ] OH- [   =  1 x 10-6    .
و من الجدول السابق نجد أن القاعدة المناسبة هي N2H4  .


مثال ( 2 ) :-

اذا كانت نسبة تأين محلول C6H5NH2 تركيزه ( 0.01 مول /لتر ) تساوي ( 0.02 % ) . فما قيمة ثابت تأين القاعدة Kb ؟ احسب PH للمحلول .
C6H5NH2     +  H2O                     C6H5NH3+       +      OH-       .
    
] OH- [ = ] القاعدة الضعيفة [  x  نسبة التأين
] OH- [ =  1x 10-2    x2x 10-2 x10-2 = 2x 10-6     مول / لتر = ] C6H5NH3+ [
Kb = ] OH- [C6H5NH3+]  [
 C6H5NH2] [
      = (2x 10-6   )2
         1x 10-2
       =    4x 10-10    .
    
  ] H3O+ [  =    Kw         
                          [OH-]          
=   1  x 10-14       =  5  x 10-9  مول / لتر
      2x  10-6
PH        = - لو ] H3O+   [
= - لو (5x 10-9)
= 9 - لو 5  =  9  -  0.7  =  8.3   .

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق