تطور جملة كيميائية نحو حالة التوازن
يتكوّن الدرس من 7 أجزاء: انحلال حمض في الماء، انحلال أساس في الماء، pH محلول مائي، أهم براهين العلاقات في الوسطين الحمضي والأساسي، التحولات حمض ــ أساس، البروتوكولات التجريبية لتفاعلات المعايرة حمض ــ أساس، أهم البروتوكولات التجريبية لتحضير المحاليل.
انحلال حمض في الماء
أ. انحلال حمض في الماء
1. الحمض (Acide)
- **تعريف الحمض حسب برونستد:** هو كل فرد كيميائي قادر على فقدان بروتون $H^+$ أو أكثر.
- **معادلة تفاعل الحمض في الماء:**
- بصفة عامة: $\text{AH} + \text{H}_2\text{O} = \text{H}_3\text{O}^+ + \text{A}^-$
- مثال: $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{H}_2\text{O} = \text{H}_3\text{O}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^-$
- **الثنائية (حمض / أساس):** لكل حمض أساس مرافق ولكل أساس حمض مرافق.
- مثال: $(\text{H}_3\text{O}^+ / \text{H}_2\text{O})$ ، $(\text{CH}_3\text{COOH} / \text{CH}_3\text{COO}^-)$
---
2. جدول التقدم
مثال :
---
3. الحمض القوي و الحمض الضعيف و نسبة التقدم النهائي $\tau_f$
- **الحمض القوي:** يشرّد كلياً في الماء (تفاعل تام).
- أمثلة: حمض كلور الهيدروجين $\text{HCl}$، حمض الأزوت $\text{HNO}_3$، حمض الكبريت $\text{H}_2\text{SO}_4$ ...
- **الحمض الضعيف:** يتشرّد جزئياً في الماء (تفاعل غير تام).
- أمثلة: حمض الميثانويك $\text{HCOOH}$، حمض الإيثانويك $\text{CH}_3\text{COOH}$، حمض البنزويك $\text{C}_6\text{H}_5\text{COOH}$ ...
- **التقدم النهائي $x_f$:** هو التقدم الذي من أجله تتوقف الجملة عن التطور (تجريبيا).
- علاقة: $[\text{H}_3\text{O}^+]_f = \frac{x_f}{V} \Rightarrow x_f = [\text{H}_3\text{O}^+]_f \cdot V$
- **التقدم الأعظمي $x_{\text{max}}$:** هو التقدم الذي من أجله تنعدم كمية مادة المتفاعل المحد (نظريا).
- علاقة: $x_{\text{max}} - C_0 \cdot V = 0 \Rightarrow x_{\text{max}} = C_0 \cdot V$
- **نسبة التقدم النهائي $\tau_f$:**
- علاقة: $\tau_f = \frac{x_f}{x_{\text{max}}} \Rightarrow \tau_f = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f}{C_0}$
- $\tau_f = 1$ : التفاعل تام و الحمض قوي.
- $\tau_f < 1$ : التفاعل غير تام و الحمض ضعيف.
- **ملاحظة:** نسبة التقدم النهائي $\tau_f$ تتعلق بالتراكيز الابتدائية (الحالة الابتدائية للجملة).
---
4. كسر التفاعل $Q_r$ و ثابت التوازن للحموضة $K_a$ و $\text{p}K_a$ للثنائية $(\text{AH}/\text{A}^-)$
- **معادلة انحلال حمض في الماء:** $\text{AH} + \text{H}_2\text{O} = \text{H}_3\text{O}^+ + \text{A}^-$
- **كسر التفاعل $Q_r$:**
- بصفة عامة: $Q_r = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+] \cdot [\text{A}^-]}{[\text{AH}]}$
- مثال (انحلال حمض الإيثانويك): $Q_r = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+] \cdot [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]}$
- **ثابت التوازن للحموضة $K_a$:**
- بصفة عامة: $K_a = Q_{rf} = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f \cdot [\text{A}^-]_f}{[\text{AH}]_f}$
- مثال: $K_a = Q_{rf} = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f \cdot [\text{CH}_3\text{COO}^-]_f}{[\text{CH}_3\text{COOH}]_f}$
- **$\text{p}K_a$ للثنائية $(\text{AH}/\text{A}^-)$:**
- $\text{p}K_a = -\log K_a \iff K_a = 10^{-\text{p}K_a}$
- **ملاحظة:** ثابت التوازن $K_a$ لا يتعلق بالتراكيز الابتدائية (الحالة الابتدائية للجملة).
انحلال أساس في الماء
ب. انحلال أساس في الماء
1. الأساس (Base)
- **تعريف الأساس حسب برونستد:** هو كل فرد كيميائي قادر على اكتساب بروتون $H^+$ أو أكثر.
- **معادلة تفاعل الأساس مع الماء:**
- بصفة عامة: $\text{B} + \text{H}_2\text{O} = \text{OH}^- + \text{BH}^+$
- مثال: $\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} = \text{OH}^- + \text{NH}_4^+$
- **الثنائية (حمض / أساس):** لكل حمض أساس مرافق ولكل أساس حمض مرافق.
- مثال: $(\text{H}_2\text{O} / \text{OH}^-)$ ، $(\text{NH}_4^+ / \text{NH}_3)$
---
2. جدول التقدم
مثال:
---
3. الأساس القوي و الأساس الضعيف و نسبة التقدم النهائي $\tau_f$
- **الأساس القوي:** يتشرد كلياً في الماء (تفاعل تام).
- أمثلة: هيدروكسيد الصوديوم $\text{NaOH}$، هيدروكسيد البوتاسيوم $\text{KOH}$ ...
- **الأساس الضعيف:** يتشرد جزئيا في الماء (تفاعل غير تام).
- أمثلة: النشادر $\text{NH}_3$، الإيثانوات $\text{CH}_3\text{COO}^-$ ...
- **التقدم النهائي $x_f$:** هو التقدم الذي من أجله تتوقف الجملة عن التطور (تجريبيا).
- علاقة: $[\text{OH}^-]_f = \frac{x_f}{V} \Rightarrow x_f = [\text{OH}^-]_f \cdot V$
- **التقدم الأعظمي $x_{\text{max}}$:** هو التقدم الذي من أجله تنعدم كمية مادة المتفاعل المحد (نظريا).
- علاقة: $x_{\text{max}} - C_0 \cdot V = 0 \Rightarrow x_{\text{max}} = C_0 \cdot V$
- **نسبة التقدم النهائي $\tau_f$:**
- علاقة: $\tau_f = \frac{x_f}{x_{\text{max}}} \Rightarrow \tau_f = \frac{[\text{OH}^-]_f}{C_0}$
- $\tau_f = 1$ : التفاعل تام و الأساس قوي.
- $\tau_f < 1$ : التفاعل غير تام و الأساس ضعيف.
- **ملاحظة:** نسبة التقدم النهائي $\tau_f$ تتعلق بالتراكيز الابتدائية (الحالة الابتدائية للجملة).
---
4. كسر التفاعل $Q_r$ و ثابت التوازن للحموضة $K_a$ و $\text{p}K_a$ للثنائية $(\text{BH}^+/\text{B})$
- **معادلة انحلال أساس في الماء:** $\text{B} + \text{H}_2\text{O} = \text{OH}^- + \text{BH}^+$
- **كسر التفاعل $Q_r$:**
- بصفة عامة: $Q_r = \frac{[\text{OH}^-] \cdot [\text{BH}^+]}{[\text{B}]}$
- مثال (انحلال النشادر في الماء): $Q_r = \frac{[\text{OH}^-] \cdot [\text{NH}_4^+]}{[\text{NH}_3]}$
- **ثابت التوازن $K$ وثابت الحموضة $K_a$:**
- بصفة عامة: $Q_{rf} = K = \frac{[\text{OH}^-]_f \cdot [\text{BH}^+]_f}{[\text{B}]_f} = \frac{K_e}{K_a} \implies K_a = K_e \cdot \frac{[\text{B}]_f}{[\text{OH}^-]_f \cdot [\text{BH}^+]_f}$
- مثال: $K = \frac{[\text{OH}^-]_f \cdot [\text{NH}_4^+]_f}{[\text{NH}_3]_f} = \frac{K_e}{K_a}$
- **$\text{p}K_a$ للثنائية $(\text{BH}^+/\text{B})$:**
- $\text{p}K_a = -\log K_a \iff K_a = 10^{-\text{p}K_a}$
- **ملاحظة:** ثابت التوازن $K_a$ لا يتعلق بالتراكيز الابتدائية (الحالة الابتدائية للجملة).
pH محلول مائي
ج. pH محلول مائي
---
1. سلّم الـ pH
- **مجالات الـ pH:**
- إذا كان $\text{pH} < 7$ فإن الوسط حامضي.
- إذا كان $\text{pH} > 7$ فإن الوسط قاعدي.
- إذا كان $\text{pH} = 7$ فإن الوسط معتدل.
---
2. الـ pH
- **المحاليل الممددة وعند درجة حرارة $\theta = 25^\circ\text{C}$:**
- $[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} \implies \text{pH} = -\log [\text{H}_3\text{O}^+]$
- $\text{pH}$: الأس الهيدروجيني.
- $[\text{H}_3\text{O}^+]$: تركيز شوارد الهيدرونيوم $(\text{mol/L})$.
---
3. الناقلية النوعية $\sigma$
- **عبارة الناقلية النوعية:**
$\sigma = [\text{H}_3\text{O}^+] \cdot \lambda_{\text{H}_3\text{O}^+} + [\text{A}^-] \cdot \lambda_{\text{A}^-}$ $\implies [\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{\sigma}{\lambda_{\text{H}_3\text{O}^+} + \lambda_{\text{A}^-}}$
- **الرموز والوحدات:**
- $\sigma$: الناقلية النوعية $(\text{S/m})$
- $\lambda$: الناقلية النوعية الشاردية $(\text{mS}\cdot\text{m}^2/\text{mol})$
---
4. الجداء الشاردي للماء $K_e$
- **عبارة الجداء الشاردي:**
$K_e = [\text{H}_3\text{O}^+] \cdot [\text{OH}^-] \implies K_e = 10^{-14}$ (عند $25^\circ\text{C}$)
- **الرموز:**
- $K_e$: ثابت توازن الماء.
- $[\text{OH}^-]$: تركيز شوارد الهيدروكسيد $(\text{mol/L})$.
---
5. الصفة الغالبة
- **العلاقة الأساسية:**
$\text{pH} = \text{p}K_a + \log \frac{[\text{A}^-]}{[\text{AH}]}$
- **حالات الغلبة للثنائية $(\text{AH}/\text{A}^-)$:**
- إذا كان $\text{pH} > \text{p}K_a$ فإن $[\text{AH}] < [\text{A}^-]$: الصفة الغالبة قاعدية والفرد الغالب الأساس $\text{A}^-$.
- إذا كان $\text{pH} [\text{A}^-]$: الصفة الغالبة حمضية والفرد الغالب الحمض $\text{AH}$.
- إذا كان $\text{pH} = \text{p}K_a$ فإن $[\text{AH}] = [\text{A}^-]$: لا توجد صفة غالبة ولا يوجد فرد غالب.
---
6. مخطط الصفة الغالبة:
- **لما $[\text{AH}]\% = [\text{A}^-]\% = 50\%$ فإن $\text{pH} = \text{p}K_a$.**
- **النسبة المئوية للصفة الحمضية:**
$[\text{AH}]\% = \frac{[\text{AH}]_f}{[\text{A}^-]_f + [\text{AH}]_f} \cdot 100$
- **النسبة المئوية للصفة الأساسية:**
$[\text{A}^-]\% = \frac{[\text{A}^-]_f}{[\text{A}^-]_f + [\text{AH}]_f} \cdot 100$
---
7. الكاشف الملون $\text{HIn}$
- **تعريف الكاشف الملون:** هو ثنائية (حمض / أساس) يتغيّر لونه بتغيّر الوسط الذي يوجد فيه: حمضي أو أساسي.
- **رمز الثنائية:** $(\text{HIn} / \text{In}^-)$ للكاشف الملون.
- **معادلة تفكك الكاشف الملون في الماء:**
$\text{HIn} + \text{H}_2\text{O} = \text{H}_3\text{O}^+ + \text{In}^-$
- **مجال تغير لون الكاشف الملون:**
- الهيليانتين: $[3.1 ؛ 4.4]$ (لون حمضي: أحمر ، لون أساسي: أصفر)
- أزرق البروموتيمول: $[6 ؛ 7.6]$ (لون حمضي: أصفر ، لون أساسي: أزرق)
- الفينول فثالين: $[8.2 ؛ 10]$ (لون حمضي: عديم اللون ، لون أساسي: بنفسجي)
أهم براهين العلاقات في الوسطين الحمضي والأساسي
د. أهم براهين العلاقات (الوسط الحمضي والوسط الأساسي)
---
1. جدول تقدم التفاعل والتركيز التراجعي
- **في الوسط الحمضي:**
- محلول مائي لحمض $HA$ حجمه $V_a$ تركيزه المولي $C_a$.
- جدول التقدم:
- الأفراد الكيميائية المتواجدة في المحلول: $\text{OH}^-, \text{AH}, \text{A}^-, \text{H}_3\text{O}^+$
- إيجاد تراكيز الأفراد الكيميائية:
- $[\text{A}^-] = [\text{H}_3\text{O}^+]$
- $[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}$
- $[\text{OH}^-] = \frac{K_e}{[\text{H}_3\text{O}^+]}$ (مهملة مقارنة بباقي الشوارد)
- $[\text{AH}] = C_a - [\text{A}^-] = C_a - [\text{H}_3\text{O}^+]$
- **في الوسط الأساسي:**
- محلول مائي لأساس $B$ حجمه $V_b$ تركيزه المولي $C_b$.
- جدول التقدم:
- الأفراد الكيميائية المتواجدة في المحلول: $\text{H}_3\text{O}^+, \text{B}, \text{BH}^+, \text{OH}^-$
- إيجاد تراكيز الأفراد الكيميائية:
- $[\text{BH}^+] = [\text{OH}^-]$
- $[\text{OH}^-] = \frac{K_e}{[\text{H}_3\text{O}^+]}$
- $[\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}$ (مهملة)
- $[\text{B}] = C_b - [\text{BH}^+] = C_b - [\text{OH}^-]$
---
2. نسبة التقدم النهائي $\tau_f$
- **أ. بدلالة $C$ و $[\text{H}_3\text{O}^+]_f$ أو $[\text{OH}^-]_f$:**
- **الوسط الحمضي:** $\tau_f = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f}{C_a}$
- **الوسط الأساسي:** $\tau_f = \frac{[\text{OH}^-]_f}{C_b}$
- **ب. بدلالة $C$ و $\text{pH}$:**
- **الوسط الحمضي:** $\tau_f = \frac{10^{-\text{pH}}}{C_a}$
- **الوسط الأساسي:** $\tau_f = \frac{10^{\text{pH}-14}}{C_b}$
---
3. ثابت التوازن $K$ أو $K_a$
- **أ. بدلالة $C$ و $[\text{H}_3\text{O}^+]_f$ أو $[\text{OH}^-]_f$:**
- **الوسط الحمضي ($K_a$):**
$K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f \cdot [\text{A}^-]_f}{[\text{AH}]_f} \implies K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f^2}{C_a - [\text{H}_3\text{O}^+]_f}$
- **الوسط الأساسي ($K$):**
$K = \frac{[\text{OH}^-]^2_f}{C_b - [\text{OH}^-]_f}$
- **ب. بدلالة $C$ و $\text{pH}$:**
- **الوسط الحمضي ($K_a$):**
$K_a = \frac{10^{-2\text{pH}}}{C_a - 10^{-\text{pH}}}$
- **الوسط الأساسي ($K$):**
$K = \frac{\left(10^{\text{pH}-14}\right)^2}{C_b - 10^{\text{pH}-14}}$ ، وبما أن $K = \frac{K_e}{K_a}$ فإن $K_a = \frac{K_e}{K}$
- **ج. بدلالة $C$ و $\tau_f$:**
- **الوسط الحمضي ($K_a$):**
$K_a = \frac{\tau_f^2 \cdot C_a}{1 - \tau_f}$
- **الوسط الأساسي ($K$):**
$K = \frac{\tau_f^2 \cdot C_b}{1 - \tau_f}$
---
4. عبارة الـ $\text{pH}$ (الصفة الغالبة)
- **أ. في الوسط الحمضي (إثبات العلاقة $\text{pH} = \text{p}K_a + \log \frac{[\text{A}^-]}{[\text{AH}]}$):**
- من عبارة $K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]_f \cdot [\text{A}^-]_f}{[\text{AH}]_f}$ ومنه $-\log K_a = -\log [\text{H}_3\text{O}^+] - \log \left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{AH}]}\right)$
- إذن: $\text{pH} = \text{p}K_a + \log \left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{AH}]}\right)$
- **ب. بدلالة نسبة التقدم $\tau_f$:**
- $\text{pH} = \text{p}K_a + \log \left(\frac{\tau_f}{1 - \tau_f}\right)$
التحولات حمض ــ أساس
التحولات حمض ــ أساس
---
1. معايرة حمض قوي بأساس قوي:
- **مثال:** معايرة $(\text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^-)$ بـ $(\text{Na}^+ + \text{OH}^-)$
- **معادلة تفاعل المعايرة:** $\text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- = 2\text{H}_2\text{O}$
- **التركيز المولي للحمض:** $C_a = 10^{-\text{pH}_0}$
- **إحداثيات نقطة التكافؤ:** $E(V_{bE} ؛ \text{pH}_E)$
- **عند نقطة التكافؤ:** $C_a \cdot V_a = C_b \cdot V_{bE} \implies C_a = \frac{C_b \cdot V_{bE}}{V_a}$
- **تركيز الأفراد الكيميائية عند نقطة التكافؤ:**
- $[\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{OH}^-] = 10^{-\text{pH}_E} = 10^{-7}\text{ mol/L}$
- $[\text{Na}^+] = \frac{C_b \cdot V_{bE}}{V_a + V_{bE}}$ ، $[\text{Cl}^-] = \frac{C_a \cdot V_a}{V_a + V_{bE}}$
- **إحداثيات نقطة نصف التكافؤ:** لا توجد لأن الحمض قوي.
- **الكاشف الملون المناسب:** أزرق البروموتيمول حيث $\text{pH}_E = 7 \in [6 ؛ 7.6]$.
---
2. معايرة حمض ضعيف بأساس قوي:
- **مثال:** معايرة $\text{CH}_3\text{COOH}$ بـ $(\text{Na}^+ + \text{OH}^-)$
- **معادلة تفاعل المعايرة:** $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- = \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}$
- **التركيز المولي للحمض:** $C_a \neq 10^{-\text{pH}_0}$
- **إحداثيات نقطة التكافؤ:** $E(V_{bE} ؛ \text{pH}_E)$
- **عند نقطة التكافؤ:** $C_a \cdot V_a = C_b \cdot V_{bE} \implies C_a = \frac{C_b \cdot V_{bE}}{V_a}$
- **إحداثيات نقطة نصف التكافؤ:** $E'\left(\frac{V_{bE}}{2} ؛ \text{p}K_a\right)$
- **عند نقطة نصف التكافؤ يكون:**
- $[\text{CH}_3\text{COOH}] = [\text{CH}_3\text{COO}^-]$
- $\text{pH} = \text{p}K_a$
- **الكاشف الملون المناسب:** هو الفينول فثالين لأن $\text{pH}_E > 7 \in [8.2 ؛ 10]$.
---
3. معايرة أساس ضعيف بحمض قوي:
- **مثال:** معايرة $\text{NH}_3$ بـ $(\text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^-)$
- **معادلة تفاعل المعايرة:** $\text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ = \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O}$
- **التركيز المولي للأساس:** $C_b \neq 10^{-14+\text{pH}_0}$
- **إحداثيات نقطة التكافؤ:** $E(V_{aE} ؛ \text{pH}_E)$
- **عند نقطة التكافؤ:** $C_a \cdot V_{aE} = C_b \cdot V_b \implies C_b = \frac{C_a \cdot V_{aE}}{V_b}$
- **إحداثيات نقطة نصف التكافؤ:** $E'\left(\frac{V_{aE}}{2} ؛ \text{p}K_a\right)$
- **عند نقطة نصف التكافؤ يكون:**
- $[\text{NH}_3] = [\text{NH}_4^+]$
- $\text{pH} = \text{p}K_a$
- **الكاشف الملون المناسب:** هو أحمر الميثيل لأن $\text{pH}_E < 7 \in [4.2 ؛ 6.2]$.
---
4. طرق تحديد نقطة التكافؤ ($E$)
- **طريقة المماسات:** رسم متوازيين يماسان المنحنى في الأعلى والأسفل، ثم رسم عمود في المنتصف لإيجاد نقطة التقاطع $E$.
- **طريقة المشتقة:** رسم منحنى المشتقة $\frac{d\text{pH}}{dV}$ بدلالة الحجم $V$ للتعرف على القمة الموافقة لـ $V_E$.
- **طريقة الناقلية:** قياس التغير في الناقلية النوعية $\sigma$ بدلالة الحجم $V$ وتحديد نقطة التقاطع أو الانكسار التي توافق حجم التكافؤ.
البروتوكولات التجريبية لتفاعلات المعايرة حمض ــ أساس
البروتوكولات التجريبية لتفاعلات المعايرة حمض - أساس
---
1. المعايرة اللونية (مثال: معايرة حمض ضعيف بأساس قوي)
- **البروتوكول التجريبي:**
- **الأدوات المستعملة:**
- **الزجاجيات:** بيشر، ماصة عيارية + إجاصة مص، سحاحة مدرجة.
- **المحاليل:** قاعدة قوية تركيزها $C_b$، حمض ضعيف تركيزه مجهول $C_a$، الماء المقطر، كاشف لوني.
- **الأجهزة:** الحامل، الخلاط المغناطيسي.
- **الهدف من التجربة:** إيجاد التركيز المجهول $C_a$ للحمض.
- **خطوات العمل:**
- نملأ السحاحة بقاعدة قوية تركيزها معلوم $C_b$ ونضبط المستوى عند التدريجة $0$.
- نسحب بواسطة ماصة عيارية حجما $V_a$ من حمض ضعيف تركيزه مجهول $C_a$ ثم نسكبه في بيشر ونضيف له بضع قطرات من كاشف لوني، نضع البيشر فوق الخلاط المغناطيسي ثم نشعله.
- نبدأ في عملية المعايرة قطرة قطرة ونوقف التفاعل عند نقطة التغير اللوني (نقطة التكافؤ) مع تسجيل قيمة حجم القاعدة المضاف $V_{bE}$.
---
2. المعايرة الـ pH مترية (مثال: معايرة حمض ضعيف بأساس قوي)
- **البروتوكول التجريبي:**
- **الأدوات المستعملة:**
- **الزجاجيات:** بيشر، ماصة عيارية + إجاصة مص، سحاحة مدرجة.
- **المحاليل:** قاعدة قوية تركيزها $C_b$، حمض ضعيف تركيزه مجهول $C_a$، الماء المقطر، محلولين موقفين ($\text{pH}=7, \text{pH}=4$).
- **الأجهزة:** الحامل، الخلاط المغناطيسي، جهاز الـ pH متر.
- **الهدف من التجربة:** إيجاد التركيز المجهول $C_a$ للحمض.
- **خطوات العمل:**
- نعاير ونضبط جهاز الـ pH متر بواسطة محلولين موقفين لهما pH معلوم.
- نملأ السحاحة بقاعدة قوية تركيزها معلوم $C_b$ ونضبط المستوى عند التدريجة $0$.
- نسحب بواسطة ماصة عيارية حجما $V_a$ من حمض ضعيف تركيزه مجهول $C_a$ ثم نسكبه في بيشر، نضع البيشر فوق خلاط مغناطيسي.
- نغسل مسبار جهاز الـ pH متر بالماء المقطر ثم نغمره في البيشر شاقوليا دون ملامسة المغناطيس ثم نشعل الخلاط المغناطيسي.
- نبدأ في عملية المعايرة قطرة قطرة مع تسجيل قيم الـ pH لكل حجم مضاف مع تدوين النتائج في جدول.
---
3. المعايرة عن طريق قياس الناقلية (مثال: معايرة حمض ضعيف بأساس قوي)
- **البروتوكول التجريبي:**
- **الأدوات المستعملة:**
- **الزجاجيات:** بيشر، ماصة عيارية + إجاصة مص، سحاحة مدرجة.
- **المحاليل:** قاعدة قوية تركيزها $C_b$، حمض ضعيف تركيزه مجهول $C_a$، الماء المقطر.
- **الأجهزة:** الحامل، الخلاط المغناطيسي، جهاز قياس الناقلية.
- **الهدف من التجربة:** إيجاد التركيز المجهول $C_a$ للحمض.
- **خطوات العمل:**
- نعاير ونضبط جهاز قياس الناقلية بواسطة محاليل معلومة الناقلية.
- نملأ السحاحة بقاعدة قوية تركيزها معلوم $C_b$ ونضبط المستوى عند التدريجة $0$.
- نسحب بواسطة ماصة عيارية حجما $V_a$ من حمض ضعيف تركيزه مجهول $C_a$ ثم نسكبه في بيشر، نضع البيشر فوق خلاط مغناطيسي.
- نغسل خلية جهاز قياس الناقلية بالماء المقطر ثم نغمرها في البيشر شاقوليا دون ملامسة المغناطيس ثم نشعل الخلاط المغناطيسي.
- نبدأ في عملية المعايرة قطرة قطرة مع تسجيل قيم الناقلية لكل حجم مضاف مع تدوين النتائج في الجدول.
أهم البروتوكولات التجريبية لتحضير المحاليل
أهم البروتوكولات التجريبية لتحضير المحاليل
---
1. عملية التمديد (التخفيف)
- **الهدف من التجربة:** تحضير محلول مخفف حجمه $V$ وتركيزه $C$ انطلاقا من محلول مركز حجمه $V_0$ وتركيزه $C_0$.
- **مثال:** تحضير محلول حجمه $V = 100\text{ ml}$ وتركيزه $C = 0.02\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$ انطلاقا من محلول حمض الإيثانويك ($\text{CH}_3\text{COOH}$) تركيزه $C_0 = 0.5\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$.
- **خطوات العمل:**
- نقوم بحساب الحجم $V_0$ الواجب أخذه: $V_0 = \frac{C \cdot V}{C_0} = \frac{0.02 \cdot 100}{0.5} = 4\text{ ml}$.
- بواسطة ماصة عيارية نأخذ حجما $V_0$ من المحلول الأم $S_0$ تركيزه $C_0$.
- نسكب الحجم $V_0$ في حوجلة عيارية حجمها $V$.
- نملأ ثلاثة أرباع الحوجلة العيارية بالماء المقطر ثم نغلق الحوجلة العيارية بسدادة ثم نرجها.
- نضيف الماء المقطر إلى الحوجلة العيارية إلى غاية خط العيار.
---
2. تحضير محلول انطلاقا من مادة صلبة نقية
- **الهدف من التجربة:** تحضير محلول حجمه $V$ وتركيزه $C$ انطلاقا من مادة صلبة نقية كتلتها $m$ وكتلتها المولية $M$.
- **مثال:** تحضير محلول حجمه $V = 100\text{ ml}$ وتركيزه $C = 0.1\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$ انطلاقا من هيدروكسيد الصوديوم ($\text{NaOH}$) كتلته المولية $M = 40\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
- **خطوات العمل:**
- نقوم بحساب الكتلة $m$ الواجب أخذها: $m = C \cdot V \cdot M = 0.1 \cdot 0.1 \cdot 40 = 0.4\text{ g}$.
- بواسطة ميزان إلكتروني نقوم بوزن الكتلة $m$ باستعمال جفنة.
- نفرغ محتوى الجفنة في حوجلة عيارية حجمها $V$.
- نملأ ثلاثة أرباع الحوجلة العيارية بالماء المقطر.
- نغلق الحوجلة العيارية بسدادة ثم نرجها.
- نضيف الماء المقطر إلى الحوجلة العيارية إلى غاية خط العيار.
---
3. تحضير محلول انطلاقا من محلول تجاري
- **الهدف من التجربة:** تحضير محلول حجمه $V$ وتركيزه $C$ انطلاقا من محلول تجاري درجة نقاوته $P\%$ وكثافته $d$ وكتلته المولية $M$.
- **مثال:** تحضير محلول حجمه $V = 100\text{ ml}$ وتركيزه $C = 0.2\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$ انطلاقا من محلول تجاري لحمض كلور الهيدروجين ($\text{HCl}$) درجة نقاوته $P\% = 34\%$ وكثافته $d = 1.16$ كتلته المولية $M = 36.5\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
- **خطوات العمل:**
- نقوم بحساب تركيز المحلول التجاري $C_0$: $C_0 = \frac{10 \cdot P \cdot d}{M} = \frac{10 \cdot 34 \cdot 1.16}{36.5} = 10.81\text{ mol}\cdot\text{l}^{-1}$.
- نقوم بحساب الحجم $V_0$ الواجب أخذه: $V_0 = \frac{C \cdot V}{C_0} = \frac{0.2 \cdot 100}{10.81} = 1.85\text{ ml}$.
- نملأ ثلاثة أرباع حوجلة عيارية حجمها $V$ بالماء المقطر.
- و بواسطة ماصة عيارية نأخذ حجما $V_0$ من المحلول التجاري تركيزه $C_0$ ثم نسكبه في الحوجلة العيارية.
- نغلق الحوجلة العيارية بسدادة ثم نرجها.
- نضيف الماء المقطر إلى الحوجلة العيارية إلى غاية خط العيار.
- **ملاحظة:** نستعمل القفازات والنظارات للحماية لأن المحلول التجاري لحمض كلور الهيدروجين مركز وأكال.
الجزء الأول من الدرس مفتوح للجميع، وبقيته مع الاشتراك.