Chapter 16: Acid-base and Solubility Equilibria

Back to chapter

16.15:

منحنيات معايرة القاعدة الحمضية

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Acid-Base Titration Curves

Previous Video
16.14: Qualitative Analysis

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

معايرة الحمض والقاعدة،يمكن اجراؤها لتحديد تركيز غير معروف لحمض معين باستخدام تركيز معروف لقاعدة معينة،والعكس صحيح. عند معايرة حمض مع قاعدة،يُضاف المعايِر إلى الحمض تدريجيًا،فيرفع درجة الحموضة pH. توضع الحموضة pH في رسم بياني مقابل كمية القاعدة،لإنشاء منحنى معايرة أو حموضة.تكون منحنيات المعايرة على شكل S،مع وجود فروق تعتمد على كون الحمض قويًا أو ضعيفًا. ستكون pH عند بدء المعايرة حمضية لكنها تكون أعلى في الحمض الضعيف،على فرض أن تركيزات الحمض الأولية تكون متساوية. نقطة التكافؤ،هي النقطة على منحنى المعايرة،التي تتساوى عندها مولات القاعدة مع مولات الحمض في المحلول.في حالة الحمض القوي،تتحقق نقطة التكافؤ عندما تقوم قاعدة قوية بتحييد جميع أيونات الهيدرونيوم التي يُنتجها الحمض القوي،لذلك فإنها تحدث دائمًا عندما تكون درجة pH تساوي 7. وعلى العكس،تتحقق نقطة التكافؤ في الحمض الضعيف عندما تكون pH أكبر من 7 وتتحقق عندما تتحول كل كمية الحمض الضعيف إلى قاعدة مرافقة. قبيل الوصول إلى نقطة التكافؤ،تحدث قفزة مفاجئة في قيمة pH في المحلول.ولكن في معايرة حمض ضعيف،هذه النقلة السريعة في قيمة pH لا تكون حادة كما في معايرة حمض قوي. قيمة pH،بعد نقطة التكافؤ على منحنى المعايرة،سواء كان الحمض قويًا أو ضعيفًا،ترتفع تدريجيًا،وذلك نتيجة القوة المفرطة للقاعدة. ومن الخصائص الأخرى لمنحنى معايرة الحمض الضعيف،لكن ليس القوي،هي المنطقة العازلة ونقط نصف-التكافؤ.عند إضافة قاعدة قوية لحمض ضعيف،فإنه يُنتج قاعدته المرافقة فيكون عازل. تقع نقطة نصف-التكافؤ ضمن هذه المنطقة العازلة. تكون هذه النقطة بعد إضافة نصف كمية القاعدة اللازمة للوصول إلى نقطة التكافؤ.هنا يكون تركيز الحمض الضعيف مساويًا لتركيز قاعدته المرافقة،وتكون درجة pH في المحلول مساوية لـ pKa. منحنيات المعايرة لقاعدة قوية أو ضعيفة،حين يكون المعاير حمضاًقويًا،تشبه حرف S مقلوب،حيث تكون pH مرتفعة في البداية وتنخفض تدريجيًا بإضافة الحمض القوي.

16.15:

منحنيات معايرة القاعدة الحمضية

يعتبر منحنى المعايرة بالتحليل الحجمي مخططًا لبعض خصائص المحلول مقابل كمية المعايرة المضافة. بالنسبة لمعايرة حمض-قاعدة، يعتبر الرقم الهيدروجيني للمحلول خاصية مفيدة للمراقبة لأنها تختلف بشكل متوقع مع تركيبة المحلول، وبالتالي، يمكن استخدامها لرصد تقدم المعايرة’ واكتشاف نقطة نهايتها. يمكن إجراء معايرة القاعدة الحمضية بحمض قوي وقاعدة قوية، وحمض قوي وقاعدة ضعيفة، أو قاعدة قوية وحمض ضعيف.

بالنسبة للمعايرة التي تم إجراؤها لـ 25.00 مل من 0.100 مول HCl (حمض قوي) مع 0.100 مول من NaOH قاعدة قوية، يمكن رؤية منحنى المعايرة باللون الأحمر في الشكل 1 أ. بالنسبة للمعايرة التي تم إجراؤها لـ 25.00 مل من 0.100 مول CH₃COOH (حمض ضعيف) مع 0.100 مول NaOH، يمكن رؤية منحنى المعايرة باللون الأصفر في الشكل 1 ب.

الشكل 1 (أ) يحتوي منحنى المعايرة للمعايرة بمقدار 25.00 مل من 0.100 مول HCl (حمض قوي) مع 0.100 مول NaOH (قاعدة قوية) على نقطة تكافؤ قدرها 7.00 رقم هيدروجيني (pH). (ب) يحتوي منحنى المعايرة للمعايرة بمقدار 25.00 مل من حمض أسيتيك 0.100 مول (حمض ضعيف) مع 0.100 مول هيدروكسيد الصوديوم (قاعدة قوية) على نقطة تكافؤ تبلغ 8.72 رقم هيدروجيني (pH).

المعايرة لقاعدة قوية أو ضعيفة بحمض قوي لها منحنى مماثل على شكل حرف S؛ ومع ذلك، ينقلب المنحنى حيث يبدأ الأس الهيدروجيني في المنطقة الأساسية وينخفض مع إضافة الحمض القوي. يمكن أيضًا استخدام معايرة الحمض الضعيف أو القاعدة لتحديد K_a أو K_b، على التوالي.

المراحل الأربع للمعايرة بالتحليل الحجمي:

الحالة الأولية (حجم المعايرة المضافة = 0 مل): يتم تحديد الأس الهيدروجيني بواسطة الحمض الذي يتم معايرته ؛ نظرًا لأن العينات الحمضية مركزة بشكل متساوٍ، فإن الحمض الضعيف سيُظهر درجة حموضة أولية أكبر
نقطة التكافؤ المسبق (0 مل < V < 25 مل): يزداد الرقم الهيدروجيني للمحلول تدريجيًا ويستهلك الحمض بالتفاعل مع محلول معاير مضاف؛ تشتمل التركيبة على حمض غير متفاعل ومنتج التفاعل وقاعدته المترافقة
نقطة التكافؤ (V = 25 مل): لوحظ ارتفاع حاد في الرقم الهيدروجيني عندما ينتقل تكوين المحلول من حامضي إلى محايد (لعينة الحمض القوية) أو قاعدي (لعينة الحمض الضعيف)، مع تحديد الرقم الهيدروجيني بواسطة تأين القاعدة المترافقة للحمض
نقطة ما بعد التكافؤ (V&#62؛ 25 مل): يتم تحديد الرقم الهيدروجيني من خلال مقدار الزيادة في المعايرة الأساسية القوية المضافة ؛ نظرًا لأن كلا العينتين تمت معايرتهما بنفس المعاير، فإن كلا منحني المعايرة يظهران متشابهين في هذه المرحلة.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-base Titrations.

Suggested Reading

Ramette, Richard W. "TITRATE: A Learning Tool for Acid-Base Titrations." (1994): 238. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed071p238.2