15.7:

15.7: المحاليل الحامضية الضعيفة

Weak Acid Solutions

JoVE Core
Chemistry

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

JoVE Core Chemistry

Weak Acid Solutions

15.6: Strong Acid and Base Solutions

15.8: Weak Base Solutions

37,799 Views

•

04:02 min

•

September 24, 2020

Overview

القليل من المركبات تعمل كأحماض قوية. يتصرف عدد أكبر بكثير من المركبات كأحماض ضعيفة وتتفاعل جزئيًا فقط مع الماء ، تاركة أغلبية كبيرة من الجزيئات المذابة في شكلها الأصلي وتولد كمية صغيرة نسبيًا من أيونات الهيدرونيوم. توجد الأحماض الضعيفة بشكل شائع في الطبيعة ، كونها المواد المسؤولة جزئيًا عن الطعم المنعش للحمضيات ، والإحساس اللاذع لدغات الحشرات ، والروائح الكريهة المرتبطة برائحة الجسم. مثال مألوف للحمض الضعيف هو حمض الأسيتيك ، المكون الرئيسي في الخل:

يشير استخدام السهم المزدوج في المعادلة أعلاه إلى جانب التفاعل الجزئي لهذه العملية. عند إذابته في الماء في ظل ظروف نموذجية ، يوجد حوالي 1٪ فقط من جزيئات حمض الأسيتيك في الصورة المتأينة ، CH ₃ COO ^{& # 8722؛}.

حساب تراكيز أيونات الهيدرونيوم ودرجة الحموضة لـ & # 160 ؛ محلول حمض ضعيف

حمض الفورميك ، HCO ₂ H ، هو أحد المهيجات التي تسبب رد فعل الجسم لبعض لدغات ولسعات النمل. ما هو تركيز أيون الهيدرونيوم ودرجة الحموضة لمحلول 0.534-M من حمض الفورميك؟

جدول ICE لهذا النظام هو

	HCO₂H (aq)	H₃O⁺(aq)	HCO₂⁻*(aq)*
التركيز الأولي (M)	0.534	~0	0
Change (M)	−x	+x	+x
تركيز التوازن (M)	0.534 − x	x	x

استبدال شروط تركيز التوازن في التعبير K_a يعطي

يسمح التركيز الأولي الكبير نسبيًا وثابت التوازن الصغير بافتراض تبسيط أن x ستكون أقل بكثير من 0.534، وبالتالي تصبح المعادلة

حل معادلة نواتج x

للتحقق من الافتراض القائل بأن x صغيرة مقارنة بـ 0.534 ، يمكن تقدير حجمها النسبي:

نظرًا لأن x أقل من 5٪ من التركيز الأولي، فإن الافتراض صحيح. كما هو محدد في جدول ICE، فإن x تساوي تركيز توازن أيون الهيدرونيوم:

أخيرًا، يتم حساب الـ pH ليكون

تحديد K_a من الـ pH

الـ pH لمحلول 0.0516 M من حمض النيتروز، HNO₂، هو 2.34. ما هو K_a؟

تركيز حمض النيتروز المقدم هو تركيز رسمي، وهو تركيز لا يأخذ في الحسبان أي توازن كيميائي قد ينشأ في المحلول. يتم التعامل مع هذه التركيزات على أنها “أولية” قيم حسابات التوازن باستخدام نهج جدول ICE. لاحظ أن القيمة الأولية لأيون الهيدرونيوم مُدرجة على أنها تقريباً صفر بسبب وجود تركيز صغير من H ₃ O ⁺ (1 × 10⁻⁷ M) بسبب التأين التلقائي للمياه. في كثير من الحالات ، يكون هذا التركيز أقل بكثير من ذلك الناتج عن تأين الحمض (أو القاعدة) المعني وقد يتم إهماله.

الـ pH المقدم هو مقياس لوغاريتمي لتركيز أيون الهيدرونيوم الناتج عن التأين الحمضي لحمض النيتروز ، ولذا فهو يمثل “توازن” قيمة جدول ICE:

جدول ICE لهذا النظام هو بعد ذلك

	HNO₂(aq)	H₃O⁺(aq)	NO₂⁻(aq)
التركيز الأولي (M)	0.0516	~0	0
التغير في (M)	−0.0046	+0.0046	+0.0046
تركيز التوازن (M)	0.0470	0.0046	0.0046

أخيرًا، احسب قيمة ثابت التوازن باستخدام البيانات الموجودة في الجدول:

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions and Openstax, Chemistry 2e,14.3 Relative Strengths of Acids and Bases.

Transcript

حمض ضعيف،مثل هيدروسيانيك،من أحماض برونستيد لأنه يمنح بروتونًا لجزيء الماء وينتج أيون الهيدرونيوم. الحمض الضعيف يتفكك جزئيًا في الماء وفقًا لثابت تفككه Ka،الذي يساوي 4.9 10⁻¹⁰ في حمض الهيدروسيانيك. في حمض الهيدروسيانيك،قيمة Ka تساوي تركيز الهيدرونيوم مضروبًا في تركيز أيونات السيانيد ويقسم الناتج على تركيز حمض الهيدروسيانيك.

يمكن استخدام ثابت تفكك الحمض Ka،لتحديد تركيز أيونات الهيدرونيوم في محلول حمضي ضعيف،وبالتالي،تحديد قيمة pH للمحلول. يمكن حساب تركيز أيونات الهيدرونيوم وقيمة pH لمحلول حمض الهيدروسيانيك الذي تركيزه 0.15 مولار باستخدام معادلة توازنه وجدول مراقبة التغير ICE. تركيز كل من حمض الهيدروسيانيك والهيدرونيوم والسيانيد في البداية،وعند حالة التوازن،يمكن التعبير عنها في جدول يُظهر التركيز الأولي،والتغيير،وتركيز التوازن لكل جزيء من الجزيئات.

للوصول إلى التوازن،ينخفض التركيز الأولي للمواد المتفاعلة في حين يرتفع التركيز الأولي للنواتج،وفقًا للنسبة المولية لتلك المواد. هذا التغير في تركيز المواد المتفاعلة والنواتج،يُشار إليه بالرمز x. باستبدال تركيزات التوازن في معادلة Ka،يعطي x مضروبة في x مقسوم على 0.15 مطروحًا منها x.

في العديد من الأحماض الضعيفة،تكون x،وهي كمية التفكك،في الغالب صغيرة جدًا مقارنة بالتركيز الأولي وقيمته 0.15 مولار. يمكن الافتراض أن 0.15 مطروحًا منها x تساوي تقريبًا 0.15. عندما تُحل المعادلة،فإن x تساوي 8.6 10⁻⁶ مولار.

الحسبة التقريبية التي افترضت أن 0.15 مطروحًا منها x تساوي 0.15،تكون صحيحة فقط إذا كانت x أقل من 5%من 0.15 مولار. قيمة x هنا هي 0.0057%من الـ0.15 مولار،وبهذا يكون التقريب صحيحًا. بالتالي،يكون تركيز الهيدرونيوم هو 8.6 10⁻⁶ مولار.

لتحديد قيمة pH،نأخذ اللوغاريتم السالب لتركيز أيونات الهيدرونيوم. حل هذه المعادلة يُظهر أن قيمة pH لمحلول حمض الهيدروسيانيد الذي تركيزه 0.15 هو 5.07. يمكن استخدام قيمة pH لمحلول لتحديد قيمة Ka لحمض ضعيف.

على سبيل المثال،يتفكك حمض الخليك جزئيًا إلى أيونات هيدرونيوم وأيونات أسيتات عند إذابته في الماء. يمكن التعبير عن Ka لحمض الخليك،بضرب تركيز أيونات الهيدرونيوم في تركيز أيونات الأسيتات وقسمة الناتج على تركيز حمض الخليك. إذا كانت قيمة pH لمحلول حمض الخليك الذي تركيزه 0.20 مولار تساوي 2.72،يمكن حساب تركيز الهيدرونيوم فيه وتكون قيمته 1.9 10-³ مولار.

يمكن بناء جدول مراقبة التغير من التركيزات الأولية وتركيزات التوازن لحامض الخليك،وأيونات الهيدرونيوم،وأيونات الأسيتات. باستخدام الأعداد الهامة،تكون 0.20 ناقص 1.9 10-³ مساوية في جوهرها لـ 0.20. باستبدال قيم التوازن في معادلة Ka،فإن Ka تساوي 1.8 10-⁵.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

المحاليل الحمضية الضعيفة ، حمض الهيدروسيانيك ، حمض برونستد ، التبرع بالبروتون ، أيون الهيدرونيوم ، ثابت تفكك الحمض ، Ka ، التركيز ، أيونات السيانيد ، درجة الحموضة ، تعبير التوازن ، جدول ICE ، المواد المتفاعلة ، المنتجات ، النسب المولية ، X ، كمية التفكك