التوازن الكيميائي

عندما يفقد حمض برونستد $\text{H}^+$، ما يتبقى هو قاعدته المرافقة. وعندما تكتسب قاعدة $\text{H}^+$، تصبح حمضها المرافق. النوعان اللذان differs فقط بمقدار واحد $\text{H}^+$ يشكلان زوج حمض-قاعدة مرافق.

على سبيل المثال، في $\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+$، الزوج هو $\text{CH}_3\text{COOH}$ (حمض) و$\text{CH}_3\text{COO}^-$ (قاعدته المرافقة).

• الأس الهيدروجيني يقيس الحموضة: $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$، لذا $[\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}}$.
• ثابت تفكك الحمض لحمض ضعيف $\text{HA}$ هو $K_a = \dfrac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$، و$\text{p}K_a = -\log K_a$. قيمة أكبر لـ $K_a$ (أصغر لـ $\text{p}K_a$) تعني حمضاً أقوى.
• الحاصل الأيوني للماء هو $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}$ عند $298\ \text{K}$.

حساب الأس الهيدروجيني

• حمض قوي: متأين كلياً، لذا $[\text{H}^+]$ يساوي تركيز الحمض؛ ثم خذ $-\log$.
• قاعدة قوية: أوجد $[\text{OH}^-]$ من التركيز، ثم استخدم $[\text{H}^+] = K_w / [\text{OH}^-]$.
• حمض ضعيف: متأين جزئياً، لذا استخدم $[\text{H}^+] = \sqrt{K_a \times [\text{HA}]}$.

مثال محلول. أوجد الأس الهيدروجيني لحمض كلوريد هيدروكلوريك $0.050\ \text{mol dm}^{-3}$ (حمض قوي).

هو متأين كلياً، لذا $[\text{H}^+] = 0.050\ \text{mol dm}^{-3}$، مما يعطي $\text{pH} = -\log(0.050) = 1.30$.

مثال محلول. أوجد الأس الهيدروجيني لهيدروكسيد الصوديوم $0.10\ \text{mol dm}^{-3}$ (قاعدة قوية). ($K_w = 1.0 \times 10^{-14}$.)

$[\text{OH}^-] = 0.10$، لذا $[\text{H}^+] = K_w/[\text{OH}^-] = (1.0 \times 10^{-14})/0.10 = 1.0 \times 10^{-13}$، مما يعطي $\text{pH} = 13.0$.

مثال محلول. أوجد الأس الهيدروجيني لحمض الإيثانويك $0.10\ \text{mol dm}^{-3}$ (حمض ضعيف). ($K_a = 1.8 \times 10^{-5}$.)

المحلول المنظوم يقاوم تغير الأس الهيدروجيني عند إضافة كمية صغيرة من الحمض أو القاعدة. تصنع واحداً من حمض ضعيف وقاعدته المرافقة (على سبيل المثال حمض الإيثانويك وإيثانات الصوديوم).

يعمل لأن الخليط يحتفظ بمخزون من كلا الشريكين:

• أي هيدروجين مضاف $\text{H}^+$ يُزال بواسطة القاعدة المترافقة: $\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH}$.
• أي هيدروكسيد مضاف $\text{OH}^-$ يُزال بواسطة الحمض الضعيف: $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}$.

لإيجاد الأس الهيدروجيني، ضع تراكيز الحمض وملحه في تعبير $K_a$. المحاليل المنظومة مهمة في الكائنات الحية — على سبيل المثال، $\text{HCO}_3^-$ يحافظ على الأس الهيدروجيني للدم قريباً من $7.4$.

بالنسبة لمحل盐几乎不溶解的盐，** حاصل الذوبانية **($K_{\text{sp}}$) هو حاصل ضرب تراكيز الأيونات في محلول مشبع، مرفوعة لكل منها إلى قوة عددها في الصيغة:

يمكنك إيجاد $K_{\text{sp}}$ من الذوبانية، أو الذوبانية من $K_{\text{sp}}$.

تأثير الأيون المشترك

تأثير الأيون المشترك هو الطريقة التي يصبح بها المحلول أقل ذوبانية في محلول يحتوي بالفعل على أحد أيونه. يدفع الأيون الإضافي اتزان الذوبان للخلف (لي شاتليه)، لذا يذوب قدر أقل من الملح. يمكنك حساب الذوبانية الجديدة باستخدام $K_{\text{sp}}$ وتركيز الأيون المشترك.

عند رج مذاب مع مذابين لا يختلطان، ينتشر بينهما. معامل التقسيم ($K_{\text{pc}}$) هو نسبة تراكيزه في الطبقتين (عند درجة حرارة ثابتة):

هذا يعمل عندما يكون المذاب في نفس الحالة الفيزيائية في كلا المذيبين. تعتمد القيمة على قطبية المذاب وكل مذيب: يذوب المذاب غير القطبي أكثر في المذيب غير القطبي، بينما يفضل المذاب القطبي المذيب القطبي.

• $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$؛ بالنسبة لـ حمض قوي $[\text{H}^+]$ = التركيز، بالنسبة لـ حمض ضعيف استخدم $[\text{H}^+] = \sqrt{K_a[\text{HA}]}$.
• بالنسبة لقاعدة، أوجد $[\text{H}^+]$ من $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}$.
• بالنسبة لـ محلول منظوم استخدم $[\text{H}^+] = K_a \times [\text{acid}]/[\text{salt}]$ واشرح كيف يزيل $\text{H}^+$/$\text{OH}^-$ المضافة.
• اكتب تعبير $K_{sp}$ بأسlights الصحيحة؛ عدد الخانات العشرية في الأس الهيدروجيني يساوي الأرقام المعنوية لـ $[\text{H}^+]$.