16.4:

16.4: حساب تغيرات الرقم الهيدروجيني (pH) في محلول منظِّم

Calculating pH Changes in a Buffer Solution

JoVE Core
Chemistry

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

JoVE Core Chemistry

Calculating pH Changes in a Buffer Solution

16.3: Henderson-Hasselbalch Equation

16.5: Buffer Effectiveness

53,135 Views

•

02:45 min

•

September 24, 2020

Overview

يمكن أن يمنع المحلول المنظّم حدوث انخفاض مفاجئ أو زيادة في الرقم الهيدروجيني (pH) لمحلول ما بعد إضافة حمض أو قاعدة قوية إلى قدرته التنظيمية؛ ومع ذلك، فإن إضافة حمض أو قاعدة قوية تؤدي إلى تغيير طفيف في درجة الحموضة في المحلول. يمكن حساب التغير الصغير في الرقم الهيدروجيني عن طريق تحديد التغيير الناتج في تركيز المكونات المنظّمة، أي حمض ضعيف وقاعدته المقترنة أو العكس. يمكن استخدام التركيزات التي تم الحصول عليها باستخدام هذه الحسابات المتكافئة لتحديد الرقم الهيدروجيني النهائي للمحلول’ باستخدام معادلة هندرسون-هاسيلبلاخ أو جدول ICE.

على سبيل المثال، يحتوي المحلول المنظّم على 0.65 مول من حمض الفورميك وفورمات الصوديوم. نظرًا لأن تركيز الحمض الضعيف وقاعدته المترافقة هو نفسه هنا، فإن الأس الهيدروجيني للمحلول’ يساوي pK_a للحمض الضعيف ، والذي هو 3.74 في هذه الحالة. إذا تمت إضافة 0.05 مول HNO₃ إلى هذا المحلول، فيمكن تحديد التغييرات الناتجة في تركيز حمض الفورميك وفورمات الصوديوم عن طريق الحسابات المتكافئة كما هو موضح في الجدول أدناه.

	H⁺(aq)	HCOO⁻(aq)	HCOOH (aq)
Before addition (M)	~0.00 mol	0.65 mol	0.65 mol
Addition (M)	0.050 mol	–	–
بعد الإضافة (M)	~0.00 mol	0.60 mol	0.70 mol

يمكن بعد ذلك تحديد الرقم الهيدروجيني النهائي للمحلول عن طريق إدخال التركيزات المتغيرة لحمض الفورميك وفورمات الصوديوم في معادلة هندرسون-هاسلبالخ.

وبالتالي، فإن إضافة 0.05 مول من HNO₃ يقلل الرقم الهيدروجيني للمحلول من 3.74 إلى 3.67.

وبالمثل، إذا تمت إضافة 0.10 مول من NaOH إلى نفس المحلول، فيمكن تحديد التغييرات الناتجة في تركيز حمض الفورميك وفورمات الصوديوم عن طريق الحسابات المتكافئة كما هو موضح في الجدول أدناه.

	OH⁻ (aq)	HCOOH (aq)	HCOO⁻ (aq)	H₂O (l)
Before addition (M)	~0.00 mol	0.65 mol	0.65 mol	-
Addition (M)	0.10 mol	–	–	-
After addition (M)	~0.00 mol	0.55 mol	0.75 mol	-

يمكن بعد ذلك تحديد الرقم الهيدروجيني النهائي للمحلول عن طريق إدخال التركيزات المتغيرة لحمض الفورميك وفورمات الصوديوم في معادلة هندرسون-هاسلبالخ.

وبالتالي، فإن إضافة 0.10 مول هيدروكسيد الصوديوم تزيد الرقم الهيدروجيني للمحلول من 3.74 إلى 3.87.

Transcript

يطرأ تغير طفيف على قيمة pH في محلول منظّم،لدى إضافة كمية قليلة من حمض قوي أو إضافة كمية قليلة من قاعدة قوية. يُحسب هذا التغير في قيمة pH بخطوتين منفصلتين. يُستخدم في الأولى حساب تكافؤ العناصر لتحديد التغير في التركيز.

ثم يُستخدم حساب التوازن لتحديد قيمة pH الجديدة للمحلول،إما باستخدام جدول مراقبة التغير ICE أو معادلة هندرسون هاسلبالخ. يمكن حساب قيمة pH لمحلول منظّم يحتوي على 2 مولار من كلّمن حمض الهيدروفلوريك وفلوريد الصوديوم،قبل وبعد إضافة حمض قوي أو قاعدة قوية. يمكن استخدام قاعدة هندرسون هاسلبالخ لتحديد قيمة pH الأولية لهذا المحلول المنظّم،لأن التركيزات عالية مقارنة بقيمة Ka للحمض الضعيف،ولأن التغير في التركيزات أقل من 5 بالمائة.

يمكن حساب قيمة pKa لحمض الهيدروفلوريك لتكون 3.46. عندما يتساوى تركيز حمض ضعيف مع تركيز قاعدته المرافقة داخل محلول،تتساوى قيمة pH و pKa. بالتالي،تكون قيمة pH الأولية 3.46.

إذا أُضيف 0.2 مول من حمض الهيدروكلوريك إلى لتر واحد من هذا المحلول المنظّم،مع الافتراض أنها تُسبب تغيرًا ضئيلًا في الحجم،فإن الحمض المضاف يتم تحييده بواسطة أيونات الفلوريد،فينتج حمض الهيدروفلوريك. يؤدي هذا إلى انخفاض تكافؤ العناصر في تركيز أيونات الفلوريد بمقدار 0.2 مول وزيادة مساوية في تركيز حمض الهيدروفلوريك. يمكن إدخال قيم التركيز الجديدة إلى معادلة هندرسون هاسلبالخ.

عند حل المعادلة،تكون قيمة pH الجديدة 3.37 وهي أقل من قيمة pH الأولية البالغة 3.46. باضافة حمض قوي،فقد طرأ انخفاض على قيمة pH،لكن الانخفاض قليل لأن المحلول منظّم. وعلى العكس،إذا أُضيف 0.1 مول من هيدروكسيد الصوديوم إلى لتر واحد من المحلول المنظّم،مع الافتراض أنه يسبب تغيرًا ضئيلًا في الحجم،فإن القاعدة المضافة يتم تحييدها بواسطة التفاعل مع حمض الهيدروفلوريك.

يُسبب هذا انخفاضًا في تكافؤ العناصر،في تركيز حمض الهيدروفلوريك بمقدار 0.1 مول وزيادة مماثلة في أيون الفلوريد. باستخدام معادلة هندرسون هاسلبالخ،تكون قيمة pH للمحلول 3.50،وهي أعلى بقليل من قيمة pH الأولية البالغة 3.46 نتيجة إضافة هيدروكسيد الصوديوم.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

تغيرات الأس الهيدروجيني ، محلول عازل ، حمض قوي ، قاعدة قوية ، حساب متكافئ ، حساب التوازن ، جدول ICE ، معادلة هندرسون-هاسيلبالش ، حمض الهيدروفلوريك ، فلوريد الصوديوم ، PKa ، حمض ضعيف ، قاعدة مترافقة ، شامات ، حمض الهيدروكلوريك