ثابت تفكك الحمض: الفرق بين النسختين

تم إزالة 55 بايت ، ‏ قبل 9 سنوات
ط
روبوت: توحيد قياسي للإنترويكي; تغييرات تجميلية
ط (روبوت إضافة التصانیف المعادلة على أساس ويكيبيديا الإنجليزية تصنيف:توازن كيميائي-[[تصنيف:قواعد كيميائي...)
ط (روبوت: توحيد قياسي للإنترويكي; تغييرات تجميلية)
[[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]].
 
يمكن كتابة التوازن على النحو التالي:
 
حيث :
''HA'' جزيئ حمضي-قاعدي ، يعطي بروتونا H<sup>+</sup> عند إذابته في الماء وينفصل [[أنيون]] A<sup>-</sup>
<ref name="woc">Wissenschaft-Online-Lexika: ''Eintrag zu '''Säure-Base-Konzepte''' im Lexikon der Chemie'', abgerufen am 2. April 2008</ref>
 
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>
حيث :
 
: R [[ثابت الغازات العام]],
 
: T [[درجة الحرارة]]،
 
: e [[عدد أويلر]].
وهذه المعادلة تبين أيضا 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 :
 
: <math>a_i = c_i / c_{i, \text{ref}}</math>.
 
يتم التفاعل الآتي بين [[حمض]] HA
و [[قاعدة]] A<sup>−</sup> في محلول مائي ويحدث [[توازن كيميائي|التوازن الكيميائي]]:
 
:<math>\mathrm{HA + H_2O \ \rightleftharpoons \ H_3O^+ + A^-}</math>
 
[[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.
 
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.
 
'''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:
== 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:
 
:<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> إعطاء 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
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]] وحمض 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 وكذلك كقاعدة :
 
:<math>\mathrm{2) \ H_2O + H_2O \ \rightleftharpoons \ H_3O^+ + OH^-}</math>
 
==اقرأ أيضا==
* [[ثابت تفكك القاعدة]]
* [[وضع بروتون]]
* [[نزع بروتون]]
* [[حمض الكبريتيك]]
* [[حمض الكربونيك]]
* [[كربونات]]
* [[بيكربونات]]
 
== المصادر ==
606٬816

تعديل