قوى الحمض/القاعدة وثوابت التفكّك

القوة النسبية لحمض أو قاعدة هي مدى تأينه عند إذابته في الماء. إذا اكتمل تفاعل التأين بشكل أساسي، يُطلق على الحمض أو القاعدة اسم قوي؛ في حالة حدوث تأين قليل نسبيًا، يكون الحمض أو القاعدة ضعيفًا. هناك الكثير من الأحماض والقواعد الضعيفة أكثر من الأحماض والقواعد القوية. أكثر الأحماض والقواعد القوية شيوعًا مذكورة أدناه:

يمكن قياس القوة النسبية للأحماض عن طريق قياس ثوابت التوازن في المحاليل المائية. في المحاليل التي لها نفس التركيز، تتأين الأحماض الأقوى إلى حد أكبر وبالتالي تنتج تركيزات أعلى من أيونات الهيدرونيوم مقارنة بالأحماض الأضعف. يسمى ثابت التوازن للحمض ثابت التأين الحمضي، K_a. لتفاعل حمضHA:  

تتم كتابة ثابت التأين الحمضي بالشكل  

حيث تكون التركيزات في حالة توازن. على الرغم من أن الماء مادة متفاعلة في التفاعل، إلا أنه مذيبة أيضاً، لذلك لا نقوم بتضمين [H₂O] في المعادلة. كلما زادت قيمة K_a للحمض، زاد تركيز H₃O⁺ و A⁻ نسبةً إلى تركيز الحمض غير المؤين، HA، في خليط التوازن، كلما كان الحمض أقوى. يصنف الحمض على أنه “قوي” عندما يخضع للتأين الكامل، وفي هذه الحالة يكون تركيز HA صفراً ويكون ثابت التأين الحمضي كبيراً بما لا يقاس (K_a ≈ ∞). تسمى الأحماض المتأينة جزئياً “ضعيفة,” وثوابت التأين الحمضي الخاصة بهم يمكن قياسها تجريبياً.

لتوضيح هذه الفكرة، يتم عرض ثلاث معادلات للتأين الحمضي و قيم K_a مذكورة أدناه. تزداد ثوابت التأين من الأول إلى الأخير من المعادلات المدرجة، مما يشير إلى زيادة قوة الحمض النسبية بالترتيب CH₃CO₂H < HNO₂ < HSO₄⁻_.

مقياس آخر لقوة الحمض هو نسبة التأين. يتم تحديد نسبة التأين في الحمض الضعيف من حيث تكوين خليط التوازن:  

حيث تكون قيمة البسط مكافئة لتركيز القاعدة المترافقة للحمض (لكل قياس كيميائي للعناصر المتفاعلة، [A⁻] = [H₃O⁺]). على عكس قيمة K_a، فإن النسبة المئوية لتأين الحمض الضعيف تختلف باختلاف التركيز الأولي للحمض، وعادة ما تنخفض مع زيادة التركيز.

كما هو الحال بالنسبة للأحماض، تنعكس القوة النسبية للقاعدة في مقدار ثابت التأين الأساسي (K_b) في المحاليل المائية. في المحاليل من نفس التركيز، تتأين القواعد الأقوى إلى حد أكبر، وبالتالي تنتج تركيزات أعلى من أيونات الهيدروكسيد مقارنة بالقواعد الأضعف. القاعدة الأقوى لها ثابت تأين أكبر من القاعدة الأضعف. لتفاعل القاعدة، B: 

تتم كتابة ثابت التأين بالشكل  

يوضح فحص البيانات لثلاث قواعد ضعيفة الموضحة أدناه زيادة قوة القاعدة بالترتيب NO₂⁻ < CH₂ CO₂⁻ < NH₃.

بالنسبة للأحماض، تنعكس القوة النسبية للقاعدة أيضًا في نسبة التأين المئوية، والتي يتم حسابها على أنها

ولكنها ستختلف اعتماداً على ثابت التأين الأساسي والتركيز الأولي للمحلول.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 14.3: Relative Strengths of Acids and Bases.