كيفية حساب الرقم الهيدروجيني لحمض ضعيف

حساب الرقم الهيدروجيني لحمض ضعيف هو أكثر تعقيدًا قليلاً من تحديد الرقم الهيدروجيني لـ حامض قوي لأن الأحماض الضعيفة لا تنفصل تمامًا في الماء. لحسن الحظ ، فإن صيغة لحساب درجة الحموضة الأمر بسيط. إليك ما تفعله.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: الرقم الهيدروجيني لحمض ضعيف

ما هو الرقم الهيدروجيني لمحلول حمض البنزويك 0.01 م؟

معطى: حمض البنزويك ك_أ= 6.5 × 10^-5

يتحلل حمض البنزويك في الماء على النحو التالي:

ج₆ح₅COOH → H⁺ + ج₆ح₅سجع^-

صيغة K_أ يكون:

ك_أ = [ح⁺][ب^-] / [HB]

أين:
[ح⁺] = تركيز H⁺ أيونات
[ب^-] = تركيز أيونات القاعدة المترافقة
[HB] = تركيز جزيئات الحمض غير المنفصلة
للتفاعل HB → H⁺ + ب^-

حمض البنزويك ينفصل عن H واحد⁺ أيون لكل ج₆ح₅سجع^- أيون ، لذلك [H⁺] = [ج₆ح₅سجع^-].

دع x يمثل تركيز H⁺ ينفصل عن HB ، ثم [HB] = C - x حيث C هو التركيز الأولي.

أدخل هذه القيم في ك_أ معادلة:

ك_أ = x · x / (C -x)
ك_أ = س² / (ج - س)
(ج - س) ك_أ = ײ
ײ = كورونا تشيكية_أ - ك_أ
ײ + ك_أx - CK_أ = 0

حل من أجل x باستخدام المعادلة التربيعية:

س = [-b ± (b² - 4ac)^½] / 2 أ

س = [-K_أ + (ك_أ² + 4 سي كيه_أ)^½]/2

** ملاحظة ** من الناحية الفنية ، هناك حلان لـ x. بما أن x تمثل تركيز أيونات في المحلول ، فإن قيمة x لا يمكن أن تكون سالبة.

أدخل قيمًا لـ K_أ و C:

ك_أ = 6.5 × 10^-5
ج = 0.01 م

س = {-6.5 × 10^-5 + [(6.5 × 10^-5) ² + 4 (0.01) (6.5 × 10^-5)]^½}/2
س = (-6.5 × 10^-5 + 1.6 × 10^-3)/2
س = (1.5 × 10^-3)/2
س = 7.7 × 10^-4

البحث عن الرقم الهيدروجيني:

الرقم الهيدروجيني = -log [H⁺]

الرقم الهيدروجيني = -log (x)
الرقم الهيدروجيني = -log (7.7 × 10^-4)
الرقم الهيدروجيني = - (- 3.11)
الرقم الهيدروجيني = 3.11

الرقم الهيدروجيني لمحلول حمض البنزويك 0.01 م هو 3.11.

معظم أحماض ضعيفة بالكاد تنفصل في الحل. في هذا الحل وجدنا الحمض فقط تنفصل 7.7 × 10^-4 م. كان التركيز الأصلي 1 × 10^-2 أو أقوى بـ 770 مرة من المفكك تركيز أيون.

ستكون قيم C - x إذن قريبة جدًا من C لتبدو كما هي. إذا استبدلنا C بـ (C - x) في K_أ معادلة،

ك_أ = س² / (ج - س)
ك_أ = س² / ج

مع ذلك ، ليست هناك حاجة لاستخدام معادلة من الدرجة الثانية لحل x:

س² = ك_أ· ج

ײ = (6.5 × 10^-5)(0.01)
س² = 6.5 × 10^-7
س = 8.06 × 10^-4

أوجد درجة الحموضة

الرقم الهيدروجيني = -log [H⁺]

الرقم الهيدروجيني = -log (x)
الرقم الهيدروجيني = -log (8.06 × 10^-4)
الرقم الهيدروجيني = - (- 3.09)
الرقم الهيدروجيني = 3.09

لاحظ أن الإجابتين متطابقتان تقريبًا مع اختلاف 0.02 فقط. لاحظ أيضًا أن الفرق بين x للطريقة الأولى و x للطريقة الثانية هو 0.000036 م فقط. بالنسبة لمعظم المواقف المعملية ، تكون الطريقة الثانية "جيدة بما فيه الكفاية" وأبسط بكثير.

تحقق من عملك قبل الإبلاغ عن قيمة. يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني لحمض ضعيف أقل من 7 (غير محايد) وعادة ما يكون أقل من قيمة الحمض القوي. لاحظ أن هناك استثناءات. على سبيل المثال ، الرقم الهيدروجيني لحمض الهيدروكلوريك هو 3.01 لمحلول 1 ملم ، بينما الرقم الهيدروجيني لحمض الهيدروفلوريك منخفضة أيضًا ، بقيمة 3.27 لحل 1 ملم.

• بيتس ، روجر ج. (1973). تحديد درجة الحموضة: النظرية والتطبيق. وايلي.
• كوفينجتون ، أ. ك.؛ بيتس ، ر. ز. دورست ، ر. أ. (1985). "تعريفات جداول الأس الهيدروجيني والقيم المرجعية القياسية وقياس الأس الهيدروجيني والمصطلحات ذات الصلة". تطبيق نقي. كيم. 57 (3): 531–542. دوى:10.1351 / pac198557030531
• هاوسكروفت ، سي. هـ ؛ شارب ، أ. ج. (2004). الكيمياء غير العضوية (الطبعة الثانية). برنتيس هول. ردمك 978-0130399137.
• مايرز ، رولي ج. (2010). "مائة عام من درجة الحموضة". مجلة التربية الكيميائية. 87 (1): 30–32. دوى:10.1021 / ed800002c
• ميسلر ج. لام ؛ تار د. (1998). الكيمياء غير العضوية (الطبعة الثانية). برنتيس هول. ISBN 0-13-841891-8.