ثابت تفكك الحمض: الفرق بين النسختين

تم إزالة 46 بايت ، ‏ قبل 10 سنوات
ط
تدقيق إملائي وتنسيق
ط (تدقيق إملائي وتنسيق)
[[ملف:Acetic-acid-dissociation-3D-balls.png|تصغير|375 بك|[[حمض الخليك]]، وهو [[حمض ضعيف]]، يعطي بروتونا (أيون الهيدروجين (أخضر)) عند ذوبانه في [[ الماء]] في تفاعل متوازن ليعطي شاردة [[خلات|الخلات]] وشاردة الهيدرونيوم. في النموذج:الأحمر [[أكسجين]]، والأسود: كربون ، والأبيض: هيدروجين.]]
 
'''ثابت تفكك الحمض''' يرمز له ''K''<sub>a</sub>، (يعرف أيضا باسم '''ثابت الحموضة'''، أو '''ثابت تأين الحمض''') وهو مقياس [[حمض قوي|لقوة الحمض]] في محلول. وهو [[ثابت التوازن]] للتفاعل الكيميائي المعروف باسم [[تفكك]] في سياق تفاعلات [[تفاعل حمض-قلوي|حمض-قلوي]].
:<math>\mathrm{HA + Y \ \rightleftharpoons \ HY^+ + A^-}</math>
 
على أي مذيب ''Y'' يقبل أيون الهيدروجين .
 
K<sub>s</sub> تعني [[ثابت التوازن]] لهذا التفاعل ويعين بالتالي قوة [[حمض|الحمض]]. وكلما زادت قوة الحمض كلما زاد سير التفاعل من اليسار إلى اليمين ، أي يتزايد [[تركيز|التركيزان ]] [HY<sup>+</sup>] und [A<sup>−</sup>].
 
ويمثل ثابت التوازن عادة بسالب [[لوغاريتم|اللوغرايتم العشري]] pK<sub>a</sub> ، حيث تعني a هنا اختضارا للكلمة الإنجليزية
''acid'' = حمض . أي كلما قلت
pK<sub>s</sub> تزداد قوة الحمض.
 
تستنبط قوة الحمض كثابت توازن التفاعل الكيميائي من [[طاقة جيبس الحرة]]
 
G (والتي تسمى أيضا '''[[إنثالبي|الإنثالبي الحر]]''') . فإذا عرفنا G ينطبق ثابت التوازن K<sub>th</sub> للتفاعل الكيميائي:
 
:<math>K_{th}=e^{- \frac{\Delta G}{R \cdot T}}</math>
: T [[درجة الحرارة]]،
 
: e [[عدد أويلر ]] .
 
وهذه المعادلة تبين ايضاأيضا العلاقة بين ثابت الحمض ودرجة الحرارة [[كلفن|بالكلفن]].
 
وتعرف <math>K_{th}</math> كنتيجة [[فاعلية كيميائية|للفاعلية الكيميائية]] وليس لها وحدات . وعند اهمال تأثيرات عملية الخلط فتنطبق المعادلة :
 
وتعرف <math>K_{th}</math> كنتيجة [[فاعلية كيميائية|للفاعلية الكيميائية]] وليس لها وحدات . وعند اهمال تأثيرات عملية الخلط فتنطبق المعادلة :
 
: <math>a_i = c_i / c_{i, \text{ref}}</math>.
 
وينطبق هذه المعادلة على [[تركيز]] في حدود 1 [[سوابق SI |ملي ]][[مول ]]/[[لتر]] . ويمكن صياغة معادلة ثابت التوازن عن طريق استخدام [[تركيز|التركيز]] أو استخدام [[فاعلية |الفاعلية]] ولكن ثابت التوازن تتغير قيمته . وفي معظم الأحوال نستخدم التركيز لحساب ثابت التوازن.
 
== تفاعل حمض وقاعدة ==
[[ملف:Acetic-acid-dissociation-2D-curly-arrows.png|thumb|400px|تفاعل [[حمض الخليك]] مع الماء.ينفصل بروتونا من [[جزيئ]] حمض الخليك (فيصبح سالبا الشحنة) وينضم إلى جزيئ ماء (ويصبح الجزيئ موجب الشحنة). وهذا هو [[تفكك]].]]
 
وطبقا ل [[ قانون فاعلية الكتلة]] يتعين توازن التفاعل من اليسار إلى اليمين ومن اليمين إلى اليسار [[ثابت التوازن|بثابت التوازن]] ''K'':
 
 
:<math>\frac{c(\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+) \cdot c(\mathrm{A}^-)}{c(\mathrm{HA}) \cdot c(\mathrm{H}_2\mathrm{O})}=K</math>
 
 
ونظرا لثبات [[تركيز]] الماء (c(H<sub>2</sub>O
خلال التفاعل فيمكن ضم ( c(H<sub>2</sub>O في الثابت ''K'' :
 
:<math>K_\mathrm{a} = \frac{c(\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+) \cdot c(\mathrm{A}^-)}{c(\mathrm{HA})}</math>
وغالبا نعطي K<sub>a</sub>, باللوغاريتم العشري السالب :
 
:<math>\mathrm{p}K_\mathrm{a} = -\lg \left( K_\mathrm{a} \cdot 1 \mathrm{\frac {l}{mol}} \right) = -\lg \left( \frac{c(\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+) \cdot c(\mathrm{A}^-)}{c(\mathrm{HA})} \cdot 1 \mathrm{\frac{l}{mol}} \right)</math>
 
فكلما صغرت قيمة K<sub>a</sub>, كلما زادت قوة الحمض . فمثلا يتميز [[حمض النتريك]] (HNO<sub>3</sub>
بدرجة [[تفكك]] تصل إلى 96% عندما يكون [[تركيز|تركيزه]] 1 [[مول]]/[[لتر]] ويكون ثابت الحمض pK<sub>a</sub> = -1,32 ، و[[حمض الخليك]] (وهو يعتبر من الأحماض الضعيفة) نسبة تفككه 4و0 % عند التركيز 1 مول/لتر وتكون pK<sub>a</sub> مساوية 4,75 .
(HNO<sub>3</sub>
بدرجة [[تفكك]] تصل إلى 96% عندما يكون [[تركيز|تركيزه]] 1 [[مول]]/[[لتر]] ويكون ثابت الحمض pK<sub>a</sub> = -1,32 ، و[[حمض الخليك]] (وهو يعتبر من الأحماض الضعيفة) نسبة تفككه 4و0 % عند التركيز 1 مول/لتر وتكون pK<sub>a</sub> مساوية 4,75 .
 
بالنسبة للماء عند 25 [[درجة مئوية]] يوجد في 1 [[لتر ]] عدد من الجزيئات تعادل 10<sup>-7</sup> [[مول]] تكون [[تفكك|مفككة]] ، ويبلغ ثابتها الحمضي pK<sub>a</sub> = 15,74.
 
بالنسبة للماء عند 25 [[درجة مئوية]] يوجد في 1 [[لتر ]] عدد من الجزيئات تعادل 10<sup>-7−7</sup> [[مول]] تكون [[تفكك|مفككة]] ، ويبلغ ثابتها الحمضي pK<sub>a</sub> = 15,74.
 
'''كما يوجد ثابت للقواعد (pK<sub>b</sub>-value).'''
 
كلما انخفضت قيمة pK<sub>b</sub> كلما زادت شراهة القاعدة على اكتساب بروتونات . وعن طريق حساب pK<sub>a</sub> يمكننا حساب ثابت القاعدة :
 
ويمكن حساب ثابت القاعدة (pK<sub>b</sub>-value) من ثابت الحمض pK<sub>a</sub> الذي يؤول إليه ، حيث أن مجموعها يساوي 14:
:<math>\mathrm{p}K_\mathrm{b} = -\lg K_\mathrm{b} \ </math>.
 
وينطبق ذلك على الحالة المعتادة للضغط و [[درجة الحرارة]].
 
== قوة الحمض ==
 
تقترن خاصية مادة في تفاعلها كحمض بقدرتها على [[إضافة بروتون| إعطاء]] أحد [[أيون |أيوناتها]] الهيدروجينة (بروتون) (H<sup>+</sup>) إلى شريكها في التفاعل. وتقدر "قوة حمض " بزيادة تلك القدرة. ولكن هذا يعتمد أيضا على مقدرة المادة المشتركة في التفاعل على "[[نزع بروتون|اكتساب البروتون]]". فإذا أردنا مقارنة الأحماض وبعضها البعض فلا بد من استخدام مرجع للتفاعل معه. وفي العادة نأخذ [[الماء]] كهذا المرجع نظرا لدخوله في تفاعلات كثيرة عمليا حيث يعمل أيضا كمذيب. ويحدث تفاعل حمض HA مع الماء كالآتي:
(H<sup>+</sup>) إلى شريكها في التفاعل . وتقدر "قوة حمض " بزيادة تلك القدرة . ولكن هذا يعتمد أيضا على مقدرة المادة المشتركة في التفاعل على "[[نزع بروتون|اكتساب البروتون]]". فإذا أردنا مقارنة الأحماض وبعضها البعض فلا بد من استخدام مرجع للتفاعل معه . وفي العادة نأخذ [[الماء]] كهذا المرجع نظرا لدخوله في تفاعلات كثيرة عمليا حيث يعمل أيضا كمذيب . ويحدث تفاعل حمض HA مع الماء كالآتي:
 
:<math>\mathrm{1) \ HA + H_2O \ \rightleftharpoons \ H_3O^+ + A^-}\,</math>
 
وينشأ سريعا توازن في هذا التفاعل . وهنا يستطيع كل من HA و H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> اعطاءإعطاء بروتون إلى شريك ثالث في التفاعل ، ولهذا نعتبر كل منهما حمضا . أما
H<sub>2</sub>O و A<sup>−</sup> فيمكنهما اكتساب بروتون ، ولذلك نسميهما قاعدتين . وعندما نفترض اهمال الماء و H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> يتبقى HA و A<sup>−</sup> . ونظرا لأن التوازن في هذا التفاعل معتمدا على التركيز ، فتعتمد قوة HA لأن تكون حمضية على قوة A<sup>−</sup>, أن يكون قاعديا .
 
 
فإذا كانت قوة HA على إعطاء بروتونا كبيرة وكانت قوة A<sup>−</sup> صغيرة لاكتساب بروتونا فإننا نسمي HA "حمضا قويا". في تلك الحالة يسير التفاعل إلى اليمين ويقف عند التوازن طبقا للمعادلة (1).
أما إذا كانت كلتاى مادتي التفاعل ذات قدرة عالية أو قدرة منخفضة ، فنجد أن الحمض HA يكون "حمضا ضعيفا". في تلك الحالتين يقف التوازن طبقا للمعادلة (1) عند الناحية اليسرى.
 
(يكون '''ثابت الحمض ''' ( pK<sub>a</sub>-value) عددا بلا وحدات وهي مقياس لقوة حمض . وتكون " الحمضية " أكبر كلما قلّت قيمة
يكون '''ثابت الحمض '''
( pK<sub>a</sub>-value) عددا بلا وحدات وهي مقياس لقوة حمض . وتكون " الحمضية " أكبر كلما قلّت قيمة
pK<sub>a</sub>. وتكون قيمة
pK<sub>a</sub>
مساوية عدديا لقيمة pH-value عندما يكون تركيز كل من HA و A<sup>−</sup> متساويتين
طبقا للمعادلة (1) .
 
في المحاليل المائية تتميز الأحماض القوية بقوة كبيرة على [[إضافة بروتون]] والقاعدة القوية بقوة كبيرة على [[نزع بروتون]] مكونة H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> وبالتالي OH<sup>−</sup>. بهذا فلا نجد اختلافا في قوة الحمض بين [[حمض الهيدروكلوريك]] و حمضوحمض البركلوريد في الماء في قيمة pH .
 
وبغرض مقارنة قوة الأحماض بعضها البعض فإننا نقوم أيضا بتعيين [[توازن كيميائي|توازنها الكيميائي]] في محاليل غير الماء .
ومن خواص الماء الفريدة أنه يمكنه التفاعل كحمض و كذلكوكذلك كقاعدة :
 
:<math>\mathrm{2) \ H_2O + H_2O \ \rightleftharpoons \ H_3O^+ + OH^-}</math>
: Explanations of the relevance of these properties to [[pharmacology]].
* [http://www.chemaxon.com/marvin/sketch/index.jsp Free online prediction tool (Marvin)] pK<sub>a</sub>, logP, logD etc. From [[Chemaxon|ChemAxon]]
 
 
==اقرأ أيضا==
== المصادر ==
{{ثبت المراجع}}
 
 
 
[[تصنيف:كيمياء]]
916٬418

تعديل