حل درس أيونات الهيدروجين والرقم الهيدروجيني أحياء ثاني عشر متقدم

حل درس أيونات الهيدروجين والرقم الهيدروجيني أحياء ثاني عشر متقدم

أيونات الهيدروجين والرقم الهيدروجيني

ثابت التأين للماء 

يحتوي الماء النقي على تراكيز متساوية لأيونات +H و -OH التي تنتج عن تأينه الذاتي تكون أعداد متساوية من أيونات الهيدرونيوم والهيدروكسيد في عملية التأين الذاتي للماء. ويمكن تبسيط معادلة الاتزان على النحو الآتي:

(H 2 O(l) H +(aq) + O H -(aq

   ثابت تأين الماء Kw :يشير السهم الثنائي إلى أن هذا تفاعل اتزان. لذا تذكر أنه يجب كتابة تعبير ثابت الاتزان بوضع تراكيز النواتج في البسط، وتراكيز المواد المتفاعلة في المقام. وفي هذه الحالة، جميع المواد قوتها واحدة لأن معاملاتها جميعها في المعادلة الكيميائية 1 .ولأن تركيز الماء النقي ثابت،لذا لا يظهر (H2O )في المقام.

 ومبدأ لوتشاتلييهKw 

ضرب حاصل  ( O H – ) و ( H + ) يساوي دائما 1.0 × 10-14 عند درجة حرارة 298 K وهذا يعني أنه إذا زاد تركيز أيونات +H نقص تركيز أيونات -OH .وبالمثل فإن الزيادة في تركيز -OH تسبًب نقصانا في تركيز أيونات +H ّ . فكر في هذه التغييرات من خلال مبدأ لوتشاتلييه؛ حيث تسبب إضافة أيونات هيدروجين إضافية إلى إضطراب في حالة الاتزان، فيعمل النظام على التقليل من تأثير الزيادة في التركيز حيث تتفاعل أيونات  +H  المضافة مع أيونات OH- لتكون المزيد من جزيئات الماء، وهكذا يقل تركيز -OH 

 سؤال :تركيـز أيـون الهيدروكسـيد في محلـول أحـد المنظفات يساوي   10 × 0.1  بلأس ناقص 3 فما تركيز (+ H) في محلول المنظف؟(H+) = (1.0 × 10-14)/(1.0 × 10-3) 

الرقم الهيدروجيني pH والرقم الهيدروكسيدي pOH 

 تكون تراكيز +H غالبا أرقام صغيرة يعبر عنها بطريقة علمية. ولصعوبة استعمال هذه الأرقام تبنى الكيميائيون طريقة أسهل للتعبير عنها. 

ما الرقم الهيدروجيني pH : يعبر الكيميائيون عن تركيز أيونات الهيدروجين باستعمال تدريج الرقم الهيدروجيني pH المبني على اللوغاريتمات. لذا فإن الرقم الهيدروجيني pH لمحلول ما هو سالب لوغاريتم تركيز أيون الهيدروجين (+pH = -log (H 

تكون قيم pH للمحاليل الحمضية عند درجة حرارة 298K أقل من 7 .بينما تكون قيمهـا للمحاليـل القاعدية أكبر مـن 7 .وهكذا يكون المحلول الـذي قيمة pH له تسـاوي 0.0  حمضا قويا بينما يكون المحلول الذي قيمة pH له تساوي 14 قاعدة قوية. وتعني الطبيعة اللوغاريتمية في هذه الحالة لتدريج pH أن تغير وحدة واحدة مـن pH ً يمثـل تغيرا مقداره 10 مـرات في تركيز الأيون. فالمحلـول الذي pH له تسـاوي 3 له عشرة أضعاف تركيز المحلول الذي pH له تساوي 4

ما الرقم الهيدروكسيدي pOH:  يكـون من المناسـب أحـيانا التعبير عن قـاعدية (قلوية) محـلول ما على تدريج pOH والذي يعكس صورة العلاقة بين pH و( + H ) ويعرف الرقم الهيدروكسيدي pOH لمحلول ما بأنه سالب لوغاريتم تركيز أيون الهيدروكسيد.   (-pH = -log (H

تكون قيم pOH عند درجة حرارة 298K للمحاليل القاعدية أقل من 7 ،وللمحاليل المتعادلة تساوي 7؛ بينما يكون المحلول الذي قيمة pOH له أعلى من 7 حمضيا وكما في تدريج pH يمثل تغير وحدة واحدة من pOH تغيرا مقداره 10 مرات في تركيزOH . وهناك علاقة بين pH و pOH ُ تمكننا من حساب أي منهما إذا عرفت قيمة الآخر.

ما العلاقة بين pH و pOH؟14.00 = pH + pOH

سؤال إذا كان تركيـز أيـون الهيدروجين في أحـد محاليل الخل يساوي 0 1 × 0.4 بلأس -4 فما قيمة pH لهذا المحلول؟pH = -log (3.98 × 10 -4 ) = 3.40

 سؤال إذا كان تركيـز أيـون الهيدروكسـيد في محلـول مضاد الحمـوضة يساوي 3.2 × 10-5 M  احـسب  قيمة pOH وpH لهذا المحلول.؟ الأجابة :

pOH = 4.49; pH = 9.51

pOH = -log (3.2 × 10 -5 ) = 4.49

pH = 14.00 – 4.49 = 9.51

حساب تركيز الأيونات من قيم pH  : قد تحتاج أحيانا إلى حساب تركيز أيونات +H و -OH من خلال معرفة قيمة pHللمحلول .

سؤال : إذا وجـد أن pH ّ لشراب مرطب عند K 298 يسـاوي 08.3 فما قيمة ( + H )و [- H O ّ ] في الشراب المرطب ؟الأجابة : H+) = (10-3.08) = 8.3 × 10-4 M)

pOH = 14.00 – 3.08 = 10.92

OH–) = (10-10.92) = 1.2 × 10 -11 M)

المولارية والرقم الهيدروجيني pH للأحماض القوية 

تأمل الدورقين اللذين يحتويان على محلولي الحمض حيث تم تحضيرهما حديثا  وسجلت مولارية كل منهما، وهي عدد المولات من الجزيئات أو وحدات الصيغ التي أذيبت في لتر واحد من المحلول. يحتوي أحد الدورقين على حمض قوي HCl ،ويحتوي الثاني على قاعدة قوية NaOH ّ . تذكر أن الأحماض والقواعد القوية توجد بتركيز %100 في صورة أيونات في المحلول. وهذا يعني أن التفاعل الآتي لتأين HCl يستمر حتى اكتماله.ينتج كل جزيء HCl أيون +H ً واحدا، مما يعني أن الدورق الذي كتب عليه M 1.0 من HCl يحتوي على   0.1 mol من +H لكل 1 L و 0.1 mol من أيونات  Cl- لكل L وفي الأحماض القوية الأحادية البروتون جميعها يكون تركيز الحمض مساويا لتركيز أيونات +H في المحلول. لذا يمكنك أن تجد قيمة pH من خلال معرفتك لمولارية الحمض .

قياس الرقم الهيدروجيني pH 

 يعد ورق تباع الشمس الذي استعملته في التجربة الاستهلالية مثالا  على نوع من أوراق كاشف الحموضة فكل هذه الأوراق معالجة بمادة أو أكثر تسمى الكواشف حيث يتغير لونها اعتمادا على تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول. ويعد الفينولفثالين الذي استعملته في التجربة الاستهلالية أيضا نوعا من الكواشف. وعند غمس ورقة كاشف pH في محلول حمضي أو قاعدي يتغير لونها، ثم نقوم بمقارنة اللون الجديد للورقة بألوان كاشف pH ّ المعياري الموجود على ورقة مدرجة ويعطي مقياس pH الرقمي فعندما توضع الأقطاب في المحلول يعطي المقياس قراءة مباشرة.