☰ Year plan · Chemistry (Arabic)

الإلكتروليتات القوية والضعيفة و⁦Ka⁩ وقانون أوستفالد

Week 13 · Chapter 3 (D): ionic equilibrium: strong and weak electrolytes, ionisation of acids, ionisation constants, the hydronium ion, the degree of ionisation and Ostwald’s dilution law · 3 lessons
1

الإلكتروليتات القوية والضعيفة

Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 3: pp. 66–71
الهدفميّز الإلكتروليتات القوية من الضعيفة، واكتب معادلات تأينها بالأسهم الصحيحة، واقرأ نتائج توصيل مخترعة.
كلمات جديدة
إلكتروليت قوي · مادة تتأين تمامًا في الماء مثل ⁦NaCl⁩ و⁦HCl⁩إلكتروليت ضعيف · مادة تتأين جزئيًا وبصورة عكسية في الماء مثل حمض الأسيتيك والنشادرالتأين · تحوّل الجزيئات إلى أيونات عند ذوبانها في الماء
الشرح

الإلكتروليت مادة يوصّل محلولها المائي التيار الكهربائي لأن المحلول يحتوي على أيونات. والمركبات الأيونية مثل ⁦NaCl⁩ مكوّنة أصلًا من أيونات، وتنفصل تمامًا في الماء. وبعض المركبات التساهمية القطبية تكوّن أيونات أيضًا، لكن عند ملاقاتها للماء فقط. يتأين كلوريد الهيدروجين تقريبًا تمامًا، فتحمل معادلته سهمًا واحدًا: ⁦HCl → H⁺ + Cl⁻⁩. ويتأين حمض الأسيتيك قليلًا جدًا والتغير يسير في الاتجاهين: ⁦CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺⁩. والنشادر من النوع نفسه، ⁦NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻⁩، وكذلك حمض الكربونيك، ⁦H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻⁩، ويُكتب بالسهم ⁦⇌⁩ لا بسهم في اتجاه واحد. فالإلكتروليت القوي يتأين تمامًا والضعيف جزئيًا فقط. ويثبت الكتاب الفرق باختبارات المصباح على التيار الكهربائي الرئيسي؛ أما هنا فلا نُجري أي تجهيز ونقرأ نتائج مخترعة فقط. والإلكتروليت الضعيف في الماء خليط من جزيئات وأيونات في حالة اتزان. ولذلك يمكن تطبيق قانون فعل الكتلة عليه كما تفعل الدروس التالية، ولا يمكن تطبيقه على الإلكتروليت القوي الذي لا يبقى فيه جزيئات توازن أيوناته.

⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦H⁺⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩⁦Cl⁻⁩قوي: تأين الكلHAHAHAHAHAHAHAHAHA⁦H⁺⁩⁦A⁻⁩ضعيف: تأين 1 من 10
أمثلة محلولة
الحمضعدد الجزيئات المذابةالمتأيننسبة التأين
HCl100100100 %
⁦HA (invented)⁩10022 %
حفلة من 100 ضيف. كل ضيف جزيء حمض مذاب. في الحمض القوي ينفصل الـ 100 كلهم إلى أيونين لكل منهم. وفي الحمض الضعيف، وليكن حمضًا مخترعًا ⁦HA⁩، يبقى 98 مجتمعين على هيئة جزيئات ولا ينفصل إلا 2. فيكون المتأين 2 من كل 100، أي ⁦2 %⁩. الحفلتان بالحجم نفسه، لكن في الضعيفة أيونات أقل بكثير.
المادةالنوعالمعادلة
⁦KNO₃⁩قوي⁦KNO₃ → K⁺ + NO₃⁻⁩
HClقوي⁦HCl → H⁺ + Cl⁻⁩
⁦CH₃COOH⁩ضعيف⁦CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺⁩
⁦NH₃⁩ضعيف⁦NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻⁩
⁦H₂CO₃⁩ضعيف⁦H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻⁩
صنّف واكتب. ⁦KNO₃⁩ مركب أيوني فهو إلكتروليت قوي: ⁦KNO₃ → K⁺ + NO₃⁻⁩. و⁦HCl⁩ قوي: ⁦HCl → H⁺ + Cl⁻⁩. و⁦CH₃COOH⁩ ضعيف: ⁦CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺⁩. و⁦NH₃⁩ ضعيف: ⁦NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻⁩. و⁦H₂CO₃⁩ ضعيف: ⁦H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻⁩. انظر إلى السهم: سهم واحد للتأين التام وسهم ⁦⇌⁩ للتأين الجزئي. وتحقق من الشحنة: في المعادلة الأخيرة ⁦+1 − 1 = 0⁩ على اليمين كما على اليسار.
اقرأ النتائج المخترعة. لكل 100 جزيء مذاب يعطي الحمض القوي ⁦HX⁩ عدد 0 من ⁦HX⁩ و100 من ⁦H⁺⁩ و100 من ⁦X⁻⁩، أي 200 أيون. ويعطي الحمض الضعيف ⁦HA⁩ عدد 98 من ⁦HA⁩ و2 من ⁦H⁺⁩ و2 من ⁦A⁻⁩، أي 4 أيونات فقط. وعند التركيز نفسه تكون أيونات الحمض القوي أكثر بمقدار ⁦200 ÷ 4 = 50⁩ مرة، فيُظهر اختبار التوصيل أنه يوصّل أفضل كثيرًا. ولا نُجهّز هنا مصباحًا ولا تيارًا رئيسيًا: هذه الأعداد مخترعة لتوضيح الفكرة فقط.
نشاط الفصل

بطاقات الحفلة، ورق فقط. قصّ 20 بطاقة صغيرة. اكتب ⁦HA⁩ على كل منها كأنها جزيئات حمض ضعيف. ولحمض ضعيف بتركيز واحد اقلب بطاقة واحدة من كل 20 واكتب ⁦H⁺⁩ على وجه و⁦A⁻⁩ على الآخر: يمثل الزوج جزيئًا واحدًا متأينًا. عُدّ النسب: كم جزيئًا وكم أيونًا وكم نسبة مئوية. ثم كرّر ذلك لحمض قوي تُقلب فيه البطاقات العشرون كلها. ارسم الكومتين في جدول وقارنه بالصورة.

تدرّب
1
اكتب معادلة تأين كلٍّ مما يلي في الماء: (أ) ⁦KCl⁩، (ب) النشادر، (ج) حمض الكربونيك (الخطوة الأولى).
2
من بين 200 جزيء من حمض ضعيف مذابة يتأين 6. ما النسبة المئوية للتأين، وكم أيون ⁦H⁺⁩ في المحلول؟
3
صواب أم خطأ، مع التصحيح إن كانت خطأ: «الإلكتروليت الضعيف لا يحتوي على أيونات».
4
لماذا يمكن تطبيق قانون فعل الكتلة على الإلكتروليت الضعيف ولا يمكن تطبيقه على القوي؟