ملخص الدرس
الجدول ٥-٢ معادلات التأين للقواعد القوية
| القاعدة القوية | معادلة التأين |
| :--- | :--- |
| هيدروكسيد الليثيوم | LiOH(s) \rightarrow Li^+(aq) + OH^-(aq) |
| هيدروكسيد الصوديوم | NaOH(s) \rightarrow Na^+(aq) + OH^-(aq) |
| هيدروكسيد البوتاسيوم | KOH(s) \rightarrow K^+(aq) + OH^-(aq) |
| هيدروكسيد الروبيديوم | RbOH(s) \rightarrow Rb^+(aq) + OH^-(aq) |
| هيدروكسيد السيزيوم | CsOH(s) \rightarrow Cs^+(aq) + OH^-(aq) |
| هيدروكسيد الكالسيوم | Ca(OH)_2(s) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2OH^-(aq) |
| هيدروكسيد السترونشيوم | Sr(OH)_2(s) \rightarrow Sr^{2+}(aq) + 2OH^-(aq) |
| هيدروكسيد الباريوم | Ba(OH)_2(s) \rightarrow Ba^{2+}(aq) + 2OH^-(aq) |
تجربة: قارن بين قوى الأحماض
تهدف التجربة إلى تحديد القوى النسبية للمحاليل الحمضية من خلال فحص موصليتها الكهربائية. تبدأ التجربة بقياس موصلية حمض الإيثانويك (الخل) المركز، ثم حمض الإيثانويك بتركيز 6.0 مولار، وأخيرًا بتركيزات 1.0 مولار و 0.10 مولار.
قوة القواعد
* القواعد القوية: هي القواعد التي تتحلل (تتأين) كليًا في المحلول المائي منتجة أيونات الفلز وأيونات الهيدروكسيد OH^-. تشمل هيدروكسيدات الفلزات القلوية (مثل NaOH) وهيدروكسيدات بعض الفلزات القلوية الترابية (مثل Ca(OH)_2). حتى لو كانت ذائبية هيدروكسيد الكالسيوم منخفضة (K_{sp} = 6.5 \times 10^{-6})، فإن الجزء الذي يذوب منه يتأين كليًا، لذا فهو يعتبر قاعدة قوية.
* القواعد الضعيفة: هي القواعد التي تتأين جزئيًا فقط في المحاليل المائية المخففة، مما ينتج خليطًا متزنًا من الجزيئات غير المتأينة والأيونات. مثال على ذلك تفاعل الميثيل أمين مع الماء:
CH_3NH_2(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons CH_3NH_3^+(aq) + OH^-(aq)
---
التحليل
1. اكتب معادلة تأين حمض الإيثانويك في الماء، وتعبير ثابت الاتزان Keq = (1.8 × 10⁻⁵). علام تدل قيمة Keq فيما يخص درجة التأين؟
* معادلة التأين:
HC_2H_3O_2(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons H_3O^+(aq) + C_2H_3O_2^-(aq)
* تعبير ثابت الاتزان:
K_{eq} = \frac{[H_3O^+][C_2H_3O_2^-]}{[HC_2H_3O_2][H_2O]} = 1.8 \times 10^{-5}
* دلالة قيمة K_{eq}: تشير القيمة الصغيرة جدًا لثابت الاتزان (1.8 \times 10^{-5}) إلى أن موضع الاتزان يميل بشدة نحو جهة المتفاعلات (جزيئات الحمض غير المتأينة). وهذا يعني أن درجة تأين حمض الإيثانويك في الماء منخفضة جدًا، أي أنه حمض ضعيف.
2. اشرح هل تتفق نسب التأين المئوية التقريبية الآتية مع نتائجك؟
* حمض الإيثانويك المركز: نسبة تأين منخفضة جدًا (غير محددة).
* حمض الإيثانويك M 6.0: 0.1%
* حمض الإيثانويك M 1.0: 0.4%
* حمض الإيثانويك M 0.1: 1.3%
* الشرح: نعم، تتفق هذه النسب مع نتائج التجربة المتوقعة. حيث تُظهر النتائج أن نسبة التأين تزداد مع تخفيف المحلول (انخفاض التركيز). فالمحلول الأكثر تركيزًا (6.0 مولار) له أقل نسبة تأين (0.1%)، بينما المحلول الأكثر تخفيفًا (0.10 مولار) له أعلى نسبة تأين (1.3%). وهذا يتوافق مع ملاحظة أن موصلية المحلول (التي تعتمد على عدد الأيونات) ستكون أقل للمحاليل المركزة وأعلى للمحاليل المخففة من نفس الحمض الضعيف.
3. اقترح فرضية تشرح ملاحظاتك مستعينًا بذلك بإجابتك عن السؤال 2.
* الفرضية: عند تخفيف حمض ضعيف (مثل حمض الإيثانويك) بإضافة الماء، يزداد عدد جزيئات الماء المتاحة للتفاعل مع جزيئات الحمض. وفقًا لمبدأ لوشاتلييه، فإن إضافة أحد المتفاعلات (الماء) تزاح الاتزان في التفاعل الأمامي (تفاعل التأين) لليمين، مما ينتج المزيد من الأيونات (H_3O^+ و C_2H_3O_2^-). لذلك، تزداد نسبة التأين المئوية مع تخفيف المحلول.
4. استعمل فرضيتك للتوصل إلى استنتاج يتعلق بضرورة استعمال كميات كبيرة من الماء للغسل عندما ينسكب حمض على نسيج حي.
* الاستنتاج: بناءً على الفرضية، فإن إضافة كمية كبيرة من الماء (التخفيف الشديد) لأي حمض ضعيف (أو حتى قوي) يقلل من تركيز أيونات الهيدرونيوم H_3O^+ (المسؤولة عن الحموضة والتأثير الأكالة) في المحلول بشكل كبير. كما أن التخفيف يزاح اتزان الأحماض الضعيفة لليمين، مما يحول المزيد من جزيئات الحمض إلى أيونات يمكن غسلها بسهولة أكبر. لذا، يساعد استخدام كميات كبيرة من الماء في الغسل على تقليل الضرر الكيميائي على النسيج الحي بشكل أسرع وأكثر فعالية.
5. أعد الخطوة 4 باستعمال حمض الإيثانويك الذي تركيزه M 1.0 وحمض الإيثانويك M 0.10 والفجوتين A3 و A4 على التوالي.
* الإجراء: قم بقياس 3 مل من حمض الإيثانويك بتركيز 1.0 مولار وضعها في الفجوة A3، و 3 مل من حمض الإيثانويك بتركيز 0.10 مولار وضعها في الفجوة A4. ضع قطبي جهاز قياس الموصلية في كل فجوة على حدة وسجل شدة التوصيل الكهربائي (سطوع المصباح) لكل منهما.
* النتيجة المتوقعة: ستكون موصلية المحلول في الفجوة A4 (التركيز 0.10 مولار) أعلى من موصلية المحلول في الفجوة A3 (التركيز 1.0 مولار)، على الرغم من أن تركيزه الكلي أقل. وذلك لأن نسبة التأين (وبالتالي تركيز الأيونات) في المحلول المخفف (0.10 مولار) تكون أعلى كما هو موضح في السؤال 2.