الهدفاكتب Ka، وقارن بين قوة الأحماض الضعيفة بقيم Ka، واشرح لماذا يوجد أيون الهيدروجين في الماء على هيئة أيون الهيدرونيوم H₃O⁺.
كلمات جديدة
ثابت التأين Ka · ثابت الاتزان لتأين حمض ضعيف، [H⁺][A⁻] ÷ [HA]أيون الهيدرونيوم · H₃O⁺، بروتون مرتبط بجزيء ماءالاتزان الأيوني · الاتزان بين جزيئات إلكتروليت ضعيف والأيونات التي تتكوّن منها
الشرح
لحمض ضعيف HA يكون التأين عكسيًا: HA ⇌ H⁺ + A⁻. ويعطي قانون فعل الكتلة ثابته: Ka = [H⁺][A⁻] ÷ [HA]، وهو ثابت التأين. ويُستبعد الماء لأنه المذيب. وKa خاصة بالحمض ولا تتغير إلا بتغير درجة الحرارة. وكلما كبرت Ka زاد تأين الحمض فكان أقوى بين الأحماض الضعيفة؛ وKa صغيرة جدًا مثل 10⁻¹⁰ تعني حمضًا ضعيفًا جدًا. قارن الأس أولًا: 10⁻³ أكبر كثيرًا من 10⁻⁶. والبروتون الحر لا وجود له في الماء. فهو ينجذب إلى زوج إلكترونات غير رابط على ذرة الأكسجين في جزيء الماء ويرتبط به برابطة تناسقية، فينتج أيون الهيدرونيوم H₃O⁺. فالأفضل كتابة المعادلتين HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻ وHA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻. ويكتب الكتاب غالبًا H⁺ اختصارًا، ونفعل مثله: [H⁺] و[H₃O⁺] تعنيان الشيء نفسه. والتوازن بين جزيئات الإلكتروليت الضعيف وأيوناته هو الاتزان الأيوني.
ƒثابت التأين لحمض ضعيف
HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻ ; Ka = [H₃O⁺][A⁻] ÷ [HA]
Ka الأكبر تعني حمضًا ضعيفًا أقوى
أمثلة محلولة
ƒKa لحمض مخترع HA
Ka = (2.0 × 10⁻³)² ÷ 0.10 = 4.0 × 10⁻⁵
حساب Ka من التراكيز (أعداد مخترعة). عند الاتزان [H₃O⁺] = [A⁻] = 2.0 × 10⁻³ mol/L و[HA] = 0.10 mol/L. Ka = (2.0 × 10⁻³)² ÷ 0.10 = 4.0 × 10⁻⁶ ÷ 0.10 = 4.0 × 10⁻⁵. الأيونان متساويان في العدد لأن كل HA يتأين يعطي أيونًا من كلٍّ منهما.
الحمض
Ka (مخترعة)
القوة
HX
3.0 × 10⁻³
الأقوى
HY
4.0 × 10⁻⁶
المتوسط
HZ
2.5 × 10⁻⁹
الأضعف
الترتيب بحسب Ka. لثلاثة أحماض مخترعة Ka(HX) = 3.0 × 10⁻³ وKa(HY) = 4.0 × 10⁻⁶ وKa(HZ) = 2.5 × 10⁻⁹. قارن الأسس أولًا: −3 أكبر من −6 وهو أكبر من −9. فالترتيب من الأقوى إلى الأضعف HX > HY > HZ، وHZ هو الأقل تأينًا. وإذا تساوى الأسان فقارن العددين في المقدمة: 5.0 × 10⁻⁷ أكبر من 3.0 × 10⁻⁷.
الهيدرونيوم في معادلة. HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻. عُدّ: H يساوي 1 + 2 = 3 على اليسار و3 في H₃O⁺ على اليمين؛ وO يساوي 1 و1؛ وCl يساوي 1 و1. الشحنة: 0 على اليسار و+1 − 1 = 0 على اليمين. جزيء الماء يعطي زوج الإلكترونات ويرتبط به بروتون HCl. والمعادلة بـ H⁺ وحده أقصر، لكن H₃O⁺ أقرب إلى ما يوجد فعلًا في الماء.
نشاط الفصل
بطاقات الترتيب، ورق فقط، مع شخص بالغ. اكتب قيم Ka المخترعة التالية على ست بطاقات: HP 5.0 × 10⁻⁷ وHQ 2.0 × 10⁻⁴ وHR 8.0 × 10⁻⁹ وHS 1.0 × 10⁻⁴ وHT 3.0 × 10⁻⁷ وHU 6.0 × 10⁻¹¹. رتّبها من الحمض الأقوى إلى الأضعف وقل ما الذي نظرت إليه أولًا. ثم اطلب من زميل أن يخلطها وأعد الترتيب بتذكر القاعدة. يجب أن تجد HQ أولًا وHU أخيرًا.
