الاتزان الأيوني: ثابت التأين وpH وحاصل الإذابة
درس الاتزان الأيوني: نبدأ بالإلكتروليتات القوية والضعيفة، ثم ثابت التأين ودرجة التأين، ثم الماء وقيمة pH، وأخيرًا حاصل الإذابة للأملاح شحيحة الذوبان. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.
الإلكتروليتات والاتزان الأيوني
- الإلكتروليت القوي يتأين كليًا في الماء ويُكتب تفاعله بسهم واحد (→)، مثل HCl وHNO₃ وNaOH وKOH وNaCl.
- الإلكتروليت الضعيف يتأين جزئيًا فيصل إلى حالة اتزان ويُكتب تفاعله بسهمين (⇌)، مثل CH₃COOH وNH₄OH وH₂CO₃ وH₃BO₃.
- الاتزان الأيوني يحدث في محاليل الإلكتروليتات الضعيفة، وفي المحلول المشبع للملح شحيح الذوبان، ولا يحدث في محاليل الأملاح الذائبة مثل KCl.
اعرض الحل
KCl ملح يتفكك كليًا في الماء، فلا يحدث في محلوله اتزان أيوني.
أما CH₃COOH وNH₄OH وH₂CO₃ فكلها إلكتروليتات ضعيفة يحدث في محاليلها اتزان أيوني.
الإجابة (د).
ثابت التأين ودرجة التأين
للحمض الضعيف HA ⇌ H⁺ + A⁻:
| الكمية | العلاقة | ملاحظة |
|---|---|---|
| ثابت التأين | Ka = [H⁺][A⁻] / [HA] | يزداد بقوة الحمض، ولا يتغير إلا بدرجة الحرارة |
| درجة التأين | α = √(Ka / C) | قانون استفالد |
| تركيز أيون الهيدروجين | [H⁺] = √(Ka × C) = C α | |
| الحمض والقاعدة المترافقان | Ka × Kb = Kw |
- بتخفيف الحمض الضعيف تزداد درجة التأين α ويقل [H⁺] وتزداد pH، ويبقى Ka ثابتًا.
- عند مضاعفة حجم المحلول تصبح درجة التأين 1.414 α.
- الحمض القوي تأينه تام (α ≈ 1) فلا تتأثر درجة تأينه بالتخفيف.
اعرض الحل
الأنبوبة (A) بها حمض ضعيف، فبإضافة الماء تزداد درجة تأينه.
الأنبوبة (B) بها حمض قوي تأينه تام، فلا تتأثر درجة تأينه.
الإجابة (أ).
وتتغير درجة التأين للحمض الواحد بتغير التركيز:
اعرض الحل
(١) أعلى pH للمحلول الأقل تركيزًا، وهو (C).
(٢) أعلى تركيز لأيونات الفلوريد في المحلول الأكثر تركيزًا (A).
(٣) Ka = 6.7 × 10⁻⁴ لأنه الحمض نفسه عند نفس درجة الحرارة.
(٤) α = √(6.7 × 10⁻⁴ / 0.28) = 0.049 أي 4.9% فهو المحلول (B).
الماء وقيمة pH
- الماء يتأين جزئيًا: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻ ويكون الحاصل الأيوني للماء Kw = [H⁺][OH⁻] = 1 × 10⁻¹⁴ عند 25°C.
- يزداد Kw بالتسخين فيزداد [H⁺] و[OH⁻] بالتساوي، وتقل pH وpOH ويظل الماء متعادلًا.
- pH = –log [H⁺] وpOH = –log [OH⁻] وpH + pOH = 14.
- بإضافة حمض إلى الماء يزداد [H⁺] وتقل pH وتزداد pOH ويبقى Kw ثابتًا. وبإضافة قاعدة يحدث العكس.
| المحلول | الحالة | pH |
|---|---|---|
| حمضي | [H⁺] > 10⁻⁷ | أقل من 7 |
| متعادل | [H⁺] = [OH⁻] | 7 |
| قاعدي | [OH⁻] > 10⁻⁷ | أكبر من 7 |
اعرض الحل
المحور (X) يمثل pOH.
لأن زيادة [H⁺] يتبعها نقص في pH، وبالتالي زيادة في pOH لنفس المحلول.
تأثير التقطير على التركيز وpH:
اعرض الحل
التقطير يفصل الماء النقي (B) عن محلول NaOH.
pH الماء النقي (7) أقل من pH محلول NaOH.
وبنقص الماء في (A) يزداد تركيز المحلول.
الإجابة (ج).
حاصل الإذابة
في المحلول المشبع لملح شحيح الذوبان يحدث اتزان بين الملح الصلب وأيوناته. وقيمة Ksp تتغير بدرجة الحرارة فقط.
| صيغة الملح | Ksp بدلالة الذوبانية s |
|---|---|
| AB مثل AgCl وBaSO₄ | s² |
| AB₂ أو A₂B مثل Mg(OH)₂ وAg₂CrO₄ | 4s³ |
| A₂B₃ | 108 s⁵ |
- الأيون المشترك: إضافة أيون من أيونات الملح تقلل ذوبانيته.
- يترسب الملح عندما يكون حاصل ضرب تركيزات الأيونات أكبر من Ksp.
اعرض الحل
في كل 50 mL يوجد 2 × 10⁻⁴ mol، فالذوبانية s = 2 × 10⁻⁴ / 0.05 = 4 × 10⁻³ M.
Mg(OH)₂ : Ksp = 4s³ = 4 × (4 × 10⁻³)³ = 2.56 × 10⁻⁷ ≈ 2.5 × 10⁻⁷
الإجابة (ب).
وعند إضافة أيون مشترك:
اعرض الحل
إضافة Na₂SO₄ تزيد [SO₄²⁻] (أيون مشترك).
ينشط الاتجاه العكسي فيزداد الراسب ويقل [Ba²⁺].
الإجابة (أ).