חומצת ארניוס היא חומר המייצר יוני מימן כאשר הוא מתמוסס במים, בעוד בסיס מייצר יוני הידרוקסיד. יוני מימן מגיבים מיד עם מים ליצירת יוני הידרוניום, אך לשם הפשטות, נמשיך לחשוב עליהם כעל יוני מימן. בהתאם לכמות יוני מימן או יוני הידרוקסיד בתמיסה, זה נחשב חומצי או בסיסי.
אנו מודדים את כמות החומציות או הבסיסיות באמצעות pH, המחושב כיומן שלילי של ריכוז יוני המימן. לכן, ערכי pH מתחת ל-7 הם חומציים, וערכי pH מעל 7 הם בסיסיים. pH 7 הוא נייטרלי.
חומצות ובסיסים מושווים גם על סמך חוזקם, השונה מה- pH שלהם. חוזקה של חומצה קשור לקלות שבה יון המימן מתנתק מהאניון, הנקרא בסיס מצומד. אותו רעיון נובע גם לגבי בסיס בהתייחס ליון ההידרוקסיד ולחומצה המצומדת שלו. אנו יכולים להקצות ערך לחוזק זה באמצעות קבוע הדיסוציאציה החומצית, או Ka.
Ka מוגדר באמצעות ריכוזי החומצה הלא מנותקת ויוני המימן המנותקים והבסיס המצומד. לעתים קרובות אתה עשוי לראות קשר זה מיוצג כ- pKa, שהוא פשוט היומן השלילי של Ka. ככל שה- pKa קטן יותר, כך החומצה חזקה יותר.
חומצות מסוימות, כמו חומצה הידרוכלורית, הן מונופרוטיות, כלומר הן יכולות לנתק רק יון מימן אחד. חומצות פוליפרוטיות, כמו חומצה זרחתית, יכולות לנתק כמה יוני מימן. לכל דיסוציאציה יש pKa משלה.
אז, איך אנחנו יכולים לקבוע pKa? דרך אחת היא לבצע טיטרציה על בסיס חומצה. הטיטרציה מתבצעת על ידי הוספה איטית של תמיסה בעלת ריכוז ידוע לתמיסה בעלת ריכוז לא ידוע תוך התבוננות בתגובה ביניהם. במקרה זה, החומצה מגיבה עם הבסיס בתגובת נטרול ליצירת מלח ומים.
לכן, אם אנו רוצים למדוד את ריכוז יוני המימן בחומצה, אנו יכולים פשוט לבצע טיטרציה עם בסיס חזק עם ריכוז יוני הידרוקסיד ידוע עד לנטרול החומצה. כדי לבצע טיטרציה בצורה מדויקת, הבסיס צריך להיות סטנדרטי – כלומר, אתה יודע את ריכוז יוני ההידרוקסיד המדויק. זה לא תמיד פשוט.
לדוגמה, NaOH, שבו תשתמשו בניסוי שלכם, הוא היגרוסקופי מאוד, כלומר הוא סופג מים מהאטמוספירה. זה קורה ל- NaOH הן כמוצק והן בתמיסה. לכן, הריכוז האמיתי של תמיסת NaOH עשוי להיות נמוך יותר ממה שהייתם מצפים.
כדי לקבוע את הריכוז המדויק של NaOH, עלינו לבצע תחילה טיטרציה על בסיס חומצה. כדי לעשות זאת, עליך להשתמש בבסיס כדי titrate חומצה עם ריכוז ידוע. אשלגן מימן פתלאט, KHP, הוא חומצה לא היגרוסקופי, כך שאנו יכולים לחשב במדויק את ריכוזו מהמסה שלה.
אנו יכולים לראות מתי הטיטרציה הושלמה – כלומר החומצה מנוטרלת – על ידי שימוש במחוון pH כמו פנולפתלין. פנולפטלין הוא נייטרלי וחסר צבע בין pH 0 ל- pH 8.
ככל שה-pH עולה, שני יוני מימן מתנתקים. צורה אניונית זו היא ורודה. לכן, כאשר אנו מתחילים את הטיטרציה, פתרון KHP הוא חומצי והפנולפטלין חסר צבע. ככל שאנו מוסיפים NaOH ויוני המימן מנוטרלים, ה- pH עולה.
בתגובה זו, התמיסה היא נייטרלית כאשר כמויות שוות של חומצה ובסיס עורבבו יחד. לאחר מכן, תוספת של קצת יותר NaOH הופכת את ה- pH לבסיסי והפתרון הופך ורוד. זה נקרא נקודת הקצה. אם נדע את השומות של KHP ואת נפח ה-NaOH המשמש לנטרולו, נוכל לחשב את הריכוז המדויק של הבסיס.
ברגע שיש לנו בסיס מתוקנן, אנו יכולים לקבוע את ה- pKa של חומצה על ידי טיטרציה של ריכוז ידוע של החומצה עם הבסיס המתוקנן שלנו תוך ניטור ה- pH. העלילה של pH לעומת נפח הבסיס שנוסף נקראת עקומת טיטרציה. העקומה בדרך כלל עוקבת אחר צורת S או סיגמואידית, כאשר נקודת הנטייה של החלק התלול ביותר של העקומה מציינת נקודת שקילות.
כאן, השומות של יוני הידרוקסיד ויוני מימן מנותקים שוות. כמו pKa, נראה נקודת שקילות אחת לכל יון מימן מנותק. לכן, לחומצה מונופרוטית יש רק נקודת שקילות אחת, ולחומצה טריפרוטית יש שלוש.
כאשר אנו מבצעים את הטיטרציה, נדע שעברנו את נקודת השקילות כאשר מחוון ה- pH בקושי הופך מחסר צבע לוורוד. נקודת קצה זו נקראת נקודת הקצה של הטיטרציה. כמו כאשר אנו סטנדרטיזציה של הבסיס, זה כאשר התמיסה יש עודף קטן של יוני הידרוקסיד ולכן הוא קצת בסיסי.
נקודת מפנה נוספת בגרף מתרחשת במחצית הדרך לנקודת השקילות. כאן, ריכוזי החומצות המנותקות והלא מנותקות שווים. לפיכך, ה- pH בנקודה זו שווה ל- pKa. לכן, אם נבצע טיטרציה ונקבע את נפח נקודת השקילות, נוכל לחשב pKa כ- pH במחצית מנפח זה.
במעבדה זו, תחילה תתקן את הבסיס שלך ולאחר מכן תבצע טיטרציה באמצעות הבסיס הסטנדרטי הזה כדי לקבוע שני pKa של חומצה פוליפרוטית.
At the end of this lab, students should know...
חומצת ארניוס היא חומצה המתנתקת ומייצרת יוני מימן כאשר היא מומסת במים, ואילו בסיס ארניוס מייצר יוני הידרוקסיד כאשר הוא מומס במים.
pH הוא מדד למידת החומציות או הבסיסיות של תמיסה. הוא מחושב כבסיס העץ השלילי 10 של ריכוז יוני המימן או ההידרוניום בתמיסה.
חוזק...
2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.