إن ثابت التأين أو ثابت التفكك أو ثابت الحموضة هو خاصية تعكس ميل مادة ما لإطلاق أيونات الهيدروجين ؛ أي أنه يرتبط ارتباطًا مباشرًا بقوة الحمض. كلما زادت قيمة ثابت التفكك (Ka) ، زاد إطلاق أيونات الهيدروجين بواسطة الحمض.
عندما يتعلق الأمر بالماء ، على سبيل المثال ، يُعرف تأينه بـ "التحلل الذاتي" أو "التأين الذاتي". هنا ، يعطي جزيء الماء H + لآخر ، مما ينتج H 3 O + و OH - أيونات ، كما هو موضح في الصورة أدناه.
المصدر: Cdang، from Wikimedia Commons
يمكن تحديد تفكك الحمض من محلول مائي بالطريقة التالية:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
حيث يمثل HA الحمض المتأين ، H 3 O + أيون الهيدرونيوم ، و A - قاعدته المترافقة. إذا كانت Ka عالية ، فإن المزيد من HA سوف ينفصل وبالتالي سيكون هناك تركيز أعلى من أيون الهيدرونيوم. يمكن تحديد هذه الزيادة في الحموضة من خلال ملاحظة التغيير في الرقم الهيدروجيني للمحلول ، الذي تقل قيمته عن 7.
ميزان التأين
تشير الأسهم المزدوجة في المعادلة الكيميائية العليا إلى وجود توازن بين المواد المتفاعلة والمنتج. نظرًا لأن كل توازن له ثابت ، يحدث الشيء نفسه مع تأين الحمض ويتم التعبير عنه على النحو التالي:
ك = /
من الناحية الديناميكية الحرارية ، يتم تعريف الثابت Ka من حيث الأنشطة وليس التركيزات. ومع ذلك ، في المحاليل المائية المخففة ، يكون نشاط الماء حوالي 1 ، وتكون أنشطة أيون الهيدرونيوم ، والقاعدة المترافقة ، والحمض غير المصاحب قريبة من تركيزاتها المولية.
لهذه الأسباب ، تم إدخال استخدام ثابت التفكك (ka) والذي لا يشمل تركيز الماء. يسمح هذا بالتخطيط لتفكك الحمض الضعيف بطريقة أبسط ، ويتم التعبير عن ثابت التفكك (Ka) بنفس الشكل.
HA <=> H + + A -
كا = /
كا
ثابت التفكك (Ka) هو شكل من أشكال التعبير عن ثابت التوازن.
تظل تركيزات الحمض غير المنفصل ، والقاعدة المترافقة ، وهيدرونيوم أو أيون الهيدروجين ثابتة بمجرد الوصول إلى حالة التوازن. من ناحية أخرى ، فإن تركيز القاعدة المترافقة وتركيز أيون الهيدرونيوم هو نفسه تمامًا.
يتم إعطاء قيمها في قوى 10 مع الأسس السالبة ، لذلك تم تقديم شكل أبسط وأكثر قابلية للإدارة للتعبير عن Ka ، والذي أطلقوا عليه pKa.
pKa = - سجل كا
يسمى PKa عادة ثابت التفكك الحمضي. تعد قيمة pKa مؤشرًا واضحًا على قوة الحمض.
تعتبر الأحماض التي تحتوي على قيمة pKa أقل أو أكثر سالبة من -1.74 (pKa من أيون الهيدرونيوم) أحماض قوية. بينما الأحماض التي تحتوي على pKa أكبر من -1.74 ، فإنها تعتبر أحماض غير قوية.
معادلة هندرسون-هاسلبالش
تُشتق المعادلة من تعبير Ka وهو مفيد للغاية في الحسابات التحليلية.
كا = /
أخذ اللوغاريتمات ،
log Ka = log H + + log A - - log HA
وحل سجل H +:
-log H = - log Ka + log A - - log HA
ثم باستخدام تعريف pH و pKa ، وإعادة تجميع المصطلحات:
الرقم الهيدروجيني = pKa + log (A - / HA)
هذه هي معادلة هندرسون-هاسلبالش الشهيرة.
استعمال
تُستخدم معادلة Henderson-Hasselbach لتقدير الرقم الهيدروجيني للمخازن المؤقتة ، وكذلك كيفية تأثير التركيزات النسبية للقاعدة المترافقة والحمض على الرقم الهيدروجيني.
عندما يكون تركيز القاعدة المترافقة مساويًا لتركيز الحمض ، فإن العلاقة بين تركيزات كلا المصطلحين تساوي 1 ؛ وبالتالي فإن اللوغاريتم الخاص بها يساوي 0.
نتيجة لذلك ، فإن الرقم الهيدروجيني = pKa ، وهذا أمر مهم للغاية ، لأن كفاءة المخزن المؤقت في هذه الحالة تكون قصوى.
عادة ما يتم أخذ منطقة الأس الهيدروجيني حيث يوجد الحد الأقصى لسعة التخزين المؤقت ، حيث يكون الرقم الهيدروجيني = pka ± 1 وحدة أس هيدروجيني.
تمارين التأين المستمر
التمرين 1
يحتوي المحلول المخفف للحمض الضعيف على التركيزات التالية عند التوازن: حمض غير متصل = 0.065 مولار وتركيز القاعدة المترافق = 9 · 10 -4 م. احسب كا و pKa للحمض.
تركيز أيون الهيدروجين أو أيون الهيدرونيوم يساوي تركيز القاعدة المترافقة ، لأنها تأتي من تأين نفس الحمض.
الاستبدال في المعادلة:
كا = / HA
استبدال المعادلة بقيمها الخاصة:
كا = (9 10 -4 م) (9 10 -4 م) / 65 10 -3 م
= 1246 10 -5
ثم حساب pKa الخاص به
pKa = - سجل كا
= - سجل 1،246 10 -5
= 4904
تمرين 2
حمض ضعيف بتركيز 0.03 M له ثابت تفكك (Ka) = 1.5 · 10 -4. احسب: أ) الرقم الهيدروجيني للمحلول المائي. ب) درجة تأين الحمض.
عند التوازن ، يكون تركيز الحمض مساويًا لـ (0.03 M - x) ، حيث x هي كمية الحمض التي تنفصل. لذلك ، فإن تركيز الهيدروجين أو أيون الهيدرونيوم هو x ، وكذلك تركيز القاعدة المترافقة.
كا = / = 1.5 10 -6
= = س
ص = 0.03 م - س. تشير القيمة الصغيرة لـ Ka إلى أن الحمض ربما ينفصل قليلاً جدًا ، لذلك (0.03 M - x) يساوي تقريبًا 0.03 M.
الاستبدال بـ Ka:
1.5 10 -6 = x 2/3 10 -2
× 2 = 4.5 10-8 م 2
س = 2.12 × 10 -4 م
ومنذ أن س =
الرقم الهيدروجيني = - سجل
= - سجل
الرقم الهيدروجيني = 3.67
وأخيراً بالنسبة لدرجة التأين: يمكن حسابها بالتعبير التالي:
o / HA] × 100٪
(2.12 10 -4 / 3 10-2) × 100٪
0.71٪
التمرين 3
أحسب كا من نسبة تأين حمض ، مع العلم أنه يتأين بنسبة 4.8٪ من تركيز أولي قدره 1.5 · 10 -3 م.
لحساب كمية الحمض المتأين ، يتم تحديد 4.8٪.
الكمية المؤينة = 1.5 · 10 -3 م (4.8 / 100)
= 7.2 × 10-5 م
هذه الكمية من الحمض المتأين تساوي تركيز القاعدة المترافقة وتركيز الهيدرونيوم أو أيون الهيدروجين عند التوازن.
تركيز حمض التوازن = تركيز الحمض الأولي - كمية الحمض المتأين.
= 1.5 10 -3 م - 7.2 10 -5 م
= 1428 × 10 -3 م
ثم حل المعادلات نفسها
كا = /
كا = (7.2 · 10 -5 م × 7.2 · 10 -5 م) / 1.428 · 10 -3 م
= 3.63 × 10 -6
pKa = - سجل كا
= - سجل 3.63 × 10 -6
= 5.44
المراجع
- الكيمياء LibreTexts. (سادس). التفكك ثابت. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- ويكيبيديا. (2018). التفكك ثابت. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- Whitten ، KW ، Davis ، RE ، Peck ، LP & Stanley ، GG Chemistry. (2008) الطبعة الثامنة. سينجاج ليرنينج.
- سيجل IH (1975). الحسابات البيوكيميائية. الثاني. الإصدار. جون وايلي وأولاده. INC.
- كبارا إي (2018). كيفية حساب ثابت التأين الحمضي. دراسة. تم الاسترجاع من: study.com.