الأحماض والأسس: تعريفها وتأثيرها على الماء
الأحماض والأسس: تعريفها وتأثيرها على الماء
اكتشف تعريف الأحماض والأسس، وكيفية تأثيرها على الماء، ودرجة الحموضة (pH). دليل شامل لفهم التفاعلات الكيميائية بين الأحماض والأسس، وتأثيرها في المحاليل المائية.
ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال
I ـ تذكير:
1 ـ تعريف الحمض والأساس حسب برونشتد ـ لوري:
هو كل مركب كيميائي، جزيئيا كان أم شارديا، قادر على منح (تحرير) بروتون H+، أو أكثر لمركب آخر خلال تفاعل كيميائي.1 ـ 1 ـ تعريف الحمض:
1 ـ 2 ـ تعريف الأساس:
هو كل مركب كيميائي، جزيئيا كان أم شارديا، قادر على اكتساب (تثبيت) بروتون H+، أو أكثر خلال تفاعل كيميائي. والأساس الشائع هو شوارد OH-، ومنه فان كل مركب كيميائي قادر على اعطاء شوارد OH- عند تفاعله مع الماء أو انحلاله فيه، فهو أساس
2 ـ أمثلة عن مختلف أنواع الأحماض وطريقة تسميتها:
IIـ pH محلول مائي:
1 ـ التشرد الذاتي للماء:
يحدث التشرد الذاتي للماء وفق المعادلة الكيميائية التالية:
H2O(l)+ H2O(l) = H3O+(aq) + HO-(aq)
نعرف الجداء الشاردي للماء Ke في محلول مائي كما يلي:
Ke = [H3O+].[HO-] عند 25ºC نجد: Ke = 10-14
والجدول التالي يوضح تغير قيمة الجداء الشاردي للماء بدلالة التغير في درجة الحرارة:
درجة الحرارة (°C) |
Ke |
0 |
0,11×10-14 |
10 |
0,30×10-14 |
20 |
0,69×10-14 |
25 |
1,00×10-14 |
30 |
1,48×10-14 |
40 |
2,95×10-14 |
50 |
5,50×10-14 |
60 |
9,55×10-14 |
70 |
15,50×10-14 |
80 |
25,10×10-14 |
90 |
38,00×10-14 |
100 |
55,00×10-14 |
2 ـ pH محلول مائي:
2 ـ 1 ـ تعريف الـ pH:
تصنف المحاليل المائية إلى ثلاثة أصناف:
محاليل حمضية تتميز بـ [H3O+] > 10-7 mol.L-1
محاليل
أساسية تتميز بـ [H3O+] < 10-7mol.L-1
نلاحظ أن الأرقام السابقة صغيرة جدا، ومن الصعب التمييز بينها، ولذلك تم الاعتماد على مقدار جــديد يسمى الـ pH حيث نعتبر أن [H3O+] = 10-pH mol.L-1
ومنه ينتج أن:
الوسط الحامضي يتميز بـ pH < 7
الوسط المعتدل يتميز بـ pH = 7
الوسط الأساسي يتميز بـ pH > 7
[H3O+] ≤ 5.10-2 mol.L-1 حيث:
2 ـ 2 ـ قياس الـ pH
نعتمد على ورق الـ pH ، أو الكواشف الملونة، حيث نتحصل على قيم تقريبية لـ pH ، وتكون طريقة القياس على النحو التالي:
ـ نأخذ قطرتين من المحلول المراد قياس الـ pH له، ونضعهما على جزء من شريط ورق الـ pH فيأخذ ورق الـ pH
لونا معينا، نقارن هذا اللون باللون المطابق له على علبة ورق الـ pH ، ونقرا قيمة الـ pH ، حيث تمثل قيمة الرقم المجاور للون المطابق، وهي قيمة تقريبية، يمكن أن يكون مقدار الخطأ فيها كبير
عند استعمال ورق الـ pH يجب:
1/ أن تكون أيدي المجرب نظيفة ومجففة
2/ مقارنة اللون المتحصل عليه بسرعة مع اللون الموافق له على ورق الـ pH
كما يمكن الاعتماد على جهاز pH متر، حيث نتحصل على قيم بتقريب 0,1من الوحدة، وتكون قيمة الارتياب النسبي في تركيز شوارد H3O+ هي 23%
عند قياس pH محلول مائي باستعمال جهاز الـ pH
متر، وجد أن pH = 2,9 ، نستنتج أن القيمة الحقيقية للـ pH محصورة في المجال التالي: 2,8 < pH < 3,0
1/ تستعمل في مخابر البحث مقاييس pH تقيس الـ pH
بتقريب 0,05 من الوحدة
2/ يقاس pH الدم بمقياس pH يسمح بالحصول على دقة قدرها0,01 من الوحدة كما تستعمل طرق خاصة حتى لا يتلوث الدم
2 ـ 3 ـ سلم الـ pH

III ـ تأثير حمض وأساس على الماء:
1 ـ حمض قوي وحمض ضعيف:
1 ـ 1 ـ تصنيف الأحماض بالمقارنة بين [H3O+] وC:
نعتبر محلولين عند نفس درجة الحرارة.
ـ (S1) محلول لكلور الهيدروجين تركيزه المولي C1 = 10-1mol.L-1 وله pH1 = 1
ـ (S2) محلول لحمض الايثانويك تركيزه المولي C2 = 10-1mol.L-1 وله pH2 = 2,9
1 ـ قارن بين [H3O+] وC في كل محلول ؟
2 ـ ماذا تستنتج بالنسبة لكل محلول ؟
3 ـ أكتب معادلتي التفاعلين الكيميائيين الحادثين ؟
1 ـ المقارنة بين [H3O+] و Cفي كل محلول
في المحلول (S1):
لدينا: [H3O+]1= 10-pH1 mol.L-1 ومنه: [H3O+]1= 10-1 mol.L-1
نجد أن [H3O+]1 = C1
في المحلول (S2):
لدينا: [H3O+]2= 10-pH2 mol.L-1 ومنه:[H3O+]2= 10-2,9 mol.L-1
ومنه: [H3O+]2= 1,26.10-3 mol.L-1
نجد أن [H3O+]2< C2
2 ـ من العلاقة[H3O+]1 = C1 نستنتج أن حمض HCl يتشرد كليا في الماء، أي أنه حمض قوي،
ونستنتج كذلك أن محلول حمض HCl لا يحتوي على جزيئات HCl.
ـ من العلاقة [H3O+]2< C2 نستنتج أن حمض CH3COOH
يتشرد جزئيا في الماء، أي انه حمض ضعيف، ونستنتج كذلك أن محلول حمض CH3COOH يحتوي على جزيئاتCH3COOH
3 ـ كتابة معادلتي التفاعل:
بالنسبة للمحلول (S1):
(تفاعل تام) HCl(g) + H2O(l)→ H3O+(aq) + Cl-(aq)
بالنسبة للمحلول (S2):
CH3COOH(l)+ H2O(l) = H3O+(aq) + CH3COO-(aq)
)تفاعل غير تام(
نقول عن HA أنه حمض قوي إذا تشرد كليا في الماء:
HA(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + A-(aq)
نقول عن HA أنه حمض ضعيف إذا تشرد جزئيا في الماء:
HA(aq) + H2O(l) = H3O+(aq) + A-(aq)
1 ـ 2 ـ تصنيف الأحماض بالمقارنة بين xf و xmax :
نحضر 0,5L من محلول كلور الهيدروجين، وذلك بإذابة V = 120 mL من غاز HCl في الماء المقطر. نقيس pH المحلول فنجد 2,0 في الشروط التجريبية يكون الحجم المولي VM = 24 L/mol
1 ـ أكتب معادلة التفاعل الكيميائي الحادث ؟
2 ـ أنجز جدول تقدم التفاعل ؟
3 ـ عين قيمة التقدم ألأعظمي xmax ؟
4 ـ عين قيمة التقدم النهائي xf ؟
5 ـ أحسب النسبة xf /xmax ؟
6 ـ مما سبق ماذا تستنتج بالنسبة لكلور الهيدروجين؟
1 ـ كتابة معادلة التفاعل الكيميائي الحادث:
HCl(g) + H2O(l)= H3O+(aq) + Cl-(aq)
2 ـ انجاز جدول تقدم التفاعل:
HCl(g) + H2O(l) =
H3O+(aq) + Cl-(aq) |
معادلة التفاعل | ||||
كميات المادة n(mol) |
التقدم |
حالة الجملة | |||
0 |
0 |
بزيادة |
n0 |
0 |
الحالة الابتدائية |
x |
x |
بزيادة |
n0-x |
x |
الحالة الانتقالية |
xf |
xf |
بزيادة |
n0-xf = 0 |
xf |
الحالة النهائية |
حيث: xf = xmax
3 ـ تعيين قيمة التقدم الأعظمي xmax:
نتحصل على التقدم الأعظمي عندما يختفي المتفاعل المحد تماما
n0 – xmax = 0
أي: xmax = n0 = Vg /VM = 0,12/24 = 5.10-3 mol
4 ـ تعيين قيمة التقدم النهائي xf :
pH = 2 يعني [H3O+]f = 10-2 mol.L-1
فيصبح التقدم النهائي xf = [H3O+]f.V
أي: xf = 0,5.10-2mol ومنه: xf = 5.10-3 mol
5 ـ حساب النسبة xf /xmax :
لدينا:
ومنه:
6 ـ مما سبق نستنتج أن تفاعل غاز HCl مع الماء تاما.
نشاط ـ 3 ـ
نسكب في حوجلة سعتها 1L(تحتوي على الماء المقطر) حجم V = 5,72 mL من حمض الايثانويك، كثافته d = 1,05 ، نكمل الحجم بعد ذلك إلى خط العيار بالماء المقطر، نأخذ V1 = 5mL من المحلول المحضر ونمددها بالماء المقطر إلى V2 = 50mL بعد الرج نقيس pH المحلول فنجد 3,4
1 ـ أكتب معادلة التفاعل الكيميائي الحادث ؟
2 ـ أنجز جدول تقدم التفاعل ؟
3 ـ عين قيمة التقدم الأعظمي xmax ؟
4 ـ عين قيمة التقدم النهائي xf ؟
5 ـ أحسب النسبة xf /xmax ؟
6 ـ مما سبق ماذا تستنتج بالنسبة لحمض الايثانويك ؟
1 ـ كتابة معادلة التفاعل الكيميائي الحادث:
CH3COOH(l) + H2O(l)= H3O+(aq) + CH3COO-(aq)
2 ـ انجاز جدول تقدم التفاعل:
CH3COOH(l) + H2O(l) = H3O+(aq)
+ CH3COO-(aq) |
معادلة التفاعل | ||||
كميات المادة n(mol) |
التقدم |
حالة الجملة | |||
0 |
0 |
بزيادة |
n2 |
0 |
الحالة الابتدائية |
x |
x |
بزيادة |
n2-x |
x |
الحالة الانتقالية |
xf |
xf |
بزيادة |
n2 -xf |
xf |
الحالة النهائية |
3 ـ تعيين قيمة التقدم الأعظمي xmax :
حساب n0 (كمية المادة الابتدائية للحمض):
لدينا:
حيث ρ0 = 1 g/ml الكتلة الحجمية للماء.
ومنه نجد:
حساب التركيز المولي للمحلول الابتدائي (S):
لدينا:
حساب التركيز المولي للمحلول (S2):
بتطبيق قانون التمديد: C1.V1 = C2.V2 حيث C1 = C0
نجد:
ومنه:
ومنه:
حساب كمية المادة الموجودة في 50mL من المحلول (S2):
n2 = C2.V2= 10-2×50×10-3
ومنه: n2 = 5.10-4mol
نتحصل على التقدم الأعظمي عندما يختفي المتفاعل المحد تماما
n0 – xmax = 0 أي: xmax = n0 = 5.10-4 mol
4 ـ تعيين قيمة التقدم النهائي xf :
pH = 3,4 يعني [H3O+]f= 10-3,4 mol.L-1
فيصبح التقدم النهائي xf = [H3O+]f.V2
أي: xf = 10-3,4×50×10-3= 1,99×10-5 mol
5 ـ حساب النسبة xf /xmax :
لدينا:
ومنه:
ومنه:
6 ـ الاستنتاج:
المتفاعل المحد CH3COOH لم يستهلك كليا، وهذا يعني أن التفاعل غير تام، أي أنه عند الحالة النهائية للجملة تكون المتفاعلات، والنواتج متواجدة في الوسط التفاعلي في نفس الوقت.
ـ التقدم النهائي xf لتفاعل كيميائي هو التقدم الملاحظ عند توقف تطور حالة الجملة الكيميائية.
ـ يمثل التقدم ألأعظمي xmax لتفاعل كيميائي التقدم الموافق لاستهلاك المتفاعل المحد كليا.
ـ تعرف نسبة التقدم في اللحظة (t) بــ Ʈ = x/xmax
) Ʈ عددا دون وحدة يعبر عنه بنسبة مئوية 0 < Ʈ < 1( وتتغير هذه النسبة خلال تطور الجملة. تسمى النسبة النهائية للتقدم عند بلوغ الجملة حالتها النهائية Ʈf = xf /xmax
ـ يكون التحول تاما إذا كان Ʈf = 1 أي Ʈf = 100%
ـ يكون التحول غير تاما )محدودا( إذا كان Ʈf < 1 أي Ʈf < 100%
2 ـ أساس قوي وأساس ضعيف:
2 ـ 1 ـ تصنيف الأسس بالمقارنة بين [OH-] و C:
نعتبر محلولين، من ماءات الصوديوم (Na+(aq)+ OH-(aq)) ، وغاز النشادر NH3(aq) لهما التركيز المولي نفسه C = 10-1mol.L-1
عند 25ºC أعطى مقياس الـ pH متر لهما على الترتيب القياسان التاليان: pH1 = 13 و pH2 = 11,1
1 ـ عين التركيز المولي لشوارد الهيدروكسيد وقارنه مع C في كل محلول ؟
2 ـ ماذا تستنتج بالنسبة لكل محلول ؟
3 ـ أكتب معادلتي التفاعلين الكيميائيين الحادثين ؟
1 ـ في ماءات الصوديوم: [H3O+]1 = 10-pH1 = 10-13 mol.L-1
ولدينا عند 25°C: الجداء الشاردي: Ke = [H3O+].[HO-] = 10-14
ومنه نجد: [HO-]1 = 10-1 mol.L-1
نلاحظ أن: [HO-]1= C1
ـ في محلول النشادر [H3O+]2 = 10-11,1 = 7,94×10-12 mol.L-1
وحسب الجداء الشاردي نجد: [HO-]2= 1,26×10-3 mol.L-1
نلاحظ أن: [HO-]2 < C2
2 ـ من العلاقة [HO-]1 = C1 نستنتج أن NaOH ينحل كليا في الماء، أي أنه أساس قوي.
ونستنتج كذلك أن محـلول الأساس NaOH لا يحتوي على جزيئات NaOH.
ـ من العلاقة [HO-]2 < C2 نستنتج أن NH3 ينحل جزئيا في الماء، أي أنه أساس ضعيف.
ونستنتج كذلك أن محلول الأساس NH3يحتوي على جزيئات NH3.
3 ـ كتابة معادلتي التفاعل:
NaOH(S) → Na+(aq) + OH-(aq)
NH3(aq) + H2O(l) = NH4+(aq)+ OH-(aq)
نقول عن B
B(aq) + H2O(l) → BH+(aq) + OH-(aq)
نقول عن B
B(aq) + H2O(l) = BH+(aq) + OH-(aq)
2 ـ 2 ـ تصنيف الأسس بالمقارنة بين xf و xmax :
نشاط ـ 5 ـ
بالاعتماد على معطيات النشاط ـ 4 ـ
1 ـ أكتب معادلة التفاعل الكيميائي الحادث في كل محلول ؟
2 ـ أنجز جدول تقدم التفاعل لكل تحول ؟
3 ـ عين قيمة التقدم الأعظمي xmax في كل محلول ؟
4 ـ عين قيمة التقدم النهائي xf في كل محلول ؟
5 ـ احسب النسبة xf /xmax في كل حالة ؟
6 ـ مما سبق ماذا تستنتج بالنسبة لكل من ماءات الصوديوم وغاز النشادر
1 ـ كتابة معادلتي التفاعل:
NaOH(S) → Na+(aq) + OH-(aq)
NH3(aq) + H2O(l) = NH4+(aq)+ OH-(aq)
2 ـ انجاز جدول تقدم التفاعل الأول:
NaOH(S) = Na+(aq) + OH-(aq) |
معــادلة التفاعل | |||
كميات المادة n(mol) |
التقدم |
حــالة الجملة | ||
0 |
0 |
n0 |
0 |
الحالة الابتدائية |
x |
x |
n0 - x |
x |
الحالة الانتقالية |
xmax |
xmax |
n0 – xmax = 0 |
xmax |
الحالة النــهائية |
انجاز جدول تقدم التفاعل الثاني:
NH3(aq) + H2O(l) = NH4+(aq)
+ OH-(aq) |
معادلة التفاعل | ||||
كميات المادة n(mol) |
التقدم |
حالة الجملة | |||
0 |
0 |
بزيادة |
n0 |
0 |
الحالة الابتدائية |
x |
x |
بزيادة |
n0-x |
x |
الحالة الانتقالية |
xf |
xf |
بزيادة |
n0 -xf |
xf |
الحالة النهائية |
3 ـ تعيين قيمة التقدم الأعظمي xmax في كل محلول:
xmax = n0 = C.V = 10-1.V
4 ـ تعيين قيمة التقدم النهائي xf في كل محلول:
بالنسبة للمحلول الأول:
xf1 = [OH-]f1.V = 10-1.V
بالنسبة للمحلول الأول:
xf2 = [OH-]f2.V = 10-2,9.V = 1,25.10-3.V
5 ـ حساب النسبة xf /xmax في كل حالة:
الحالة الأولى:
ومنه:
الحالة الثانية:
ومنه:
6 ـ من العلاقة xf1/xmax1 =1 نستنتج أن NaOH ينحل كليا في الماء أي أنه أساس قوي.
ونستنتج كذلك أن محـلول الأساس NaOH لا يحتوي على جزيئات NaOH .
بناءً على العلاقة:
نلاحظ أن:
ومنه:
نستنتج أن NH3 ينحل جزئيا في الماء أي أنه أساس ضعيف.
ونستنتج كذلك أن محلول الأساس NH3 يحتوي على جزيئات NH3.
اقرأ تطور جملة كيميائية نحو حالة التوازن
اقرأ التحولات حمض-أساس: ثابت الحموضة والكواشف الملونة
وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF
تعليقات
إرسال تعليق