ما هي نقطة التكافؤ ولماذا؟ - كيمياء - 2026

و نقطة التكافؤ هو ذلك الذي اثنين من المواد الكيميائية وكان رد فعل تماما. في التفاعلات الحمضية القاعدية ، تشير هذه النقطة إلى وقت معادلة الحمض أو القاعدة بالكامل. هذا المفهوم هو الخبز والزبدة اليومي للمعايرة الحجمية أو التقييمات ، ويتم تحديده من خلال حسابات رياضية بسيطة.

لكن ما هي الدرجة؟ إنها عملية يتم فيها إضافة حجم من محلول بتركيز معروف ، يسمى المعايرة ، بعناية إلى محلول مجهول التركيز ، من أجل الحصول على تركيزه.

المصدر: Pixabay

يسمح استخدام مؤشر الأس الهيدروجيني بمعرفة اللحظة التي تنتهي عندها المعايرة بالتحليل الحجمي. يضاف المؤشر إلى المحلول الذي تتم معايرته لتقدير التركيز المطلوب معرفته. مؤشر القاعدة الحمضية هو مركب كيميائي يعتمد لونه على تركيز الهيدروجين أو الرقم الهيدروجيني للوسط.

ومع ذلك ، يشير تحول لون المؤشر إلى نقطة نهاية المعايرة ، ولكن ليس نقطة التكافؤ. من الناحية المثالية ، يجب أن تتطابق النقطتان ؛ ولكن في الواقع ، قد يحدث تغيير اللون في غضون بضع قطرات بعد اكتمال معادلة الحمض أو القاعدة.

ما هي نقطة التكافؤ؟

يمكن معايرة محلول حمض بتركيز غير معروف موضوع في دورق عن طريق إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز معروف باستخدام سحاحة.

يجب أن يتم اختيار المؤشر بطريقة تغير لونه عند نقطة تفاعل نفس الكمية من المعادلات الكيميائية لمحلول المعاير والمحلول ذي التركيز غير المعروف.

هذه هي نقطة التكافؤ ، بينما تسمى النقطة التي يتغير فيها لون المؤشر بنقطة النهاية ، حيث تنتهي المعايرة بالتحليل الحجمي.

النقطة الأخيرة

يتم تمثيل تأين أو تفكك المؤشر على النحو التالي:

Hin + H ₂ O <=> In ^- + H ₃ O ⁺

وبالتالي له ثابت كا

كا = /

تحدد العلاقة بين المؤشر غير المرتبط (HIn) والمؤشر المنفصل (In ^-) لون المؤشر.

تؤدي إضافة الحمض إلى زيادة تركيز HIN وتنتج لون المؤشر 1. وفي الوقت نفسه ، فإن إضافة قاعدة تفضل زيادة تركيز المؤشر المنفصل (In ^-) (اللون 2).

من المستحسن أن تطابق نقطة التكافؤ نقطة النهاية. للقيام بذلك ، يتم تحديد مؤشر بفاصل زمني لتغيير اللون يتضمن نقطة التكافؤ. أيضًا ، يحاول تقليل أي أخطاء تنتج فرقًا بين نقطة التكافؤ ونقطة النهاية.

توحيد أو معايرة الحل هو عملية يتم فيها تحديد التركيز الدقيق للمحلول. إنها درجة منهجية ، لكن الاستراتيجية المتبعة مختلفة.

يتم وضع محلول من المعيار الأساسي في القارورة ويتم إضافة محلول المعايرة الذي يتم توحيده باستخدام غطاء.

نقطة التكافؤ لمعايرة حمض قوي بقاعدة قوية

يتم وضع 100 مل من 0.1 مولار من حمض الهيدروكلوريك في القارورة ويضاف محلول هيدروكسيد الصوديوم 0.1 مولار تدريجياً من خلال سحاحة ، لتحديد تغيرات الأس الهيدروجيني للمحلول الذي ينشأ حمض الهيدروكلوريك.

في البداية قبل إضافة NaOH ، يكون الرقم الهيدروجيني لمحلول HCl 1.

تتم إضافة القاعدة القوية (هيدروكسيد الصوديوم) ويزداد الرقم الهيدروجيني تدريجياً ، لكنه لا يزال درجة حموضة حمضية ، لأن الحمض الزائد يحدد الرقم الهيدروجيني.

إذا استمرت إضافة NaOH ، فسيأتي وقت يتم فيه الوصول إلى نقطة التكافؤ ، حيث يكون الرقم الهيدروجيني متعادلًا (الرقم الهيدروجيني = 7). لقد تفاعل الحمض مع القاعدة المستهلكة ، لكن لا توجد قاعدة زائدة بعد.

تركيز يسود كلوريد الصوديوم، وهو الملح محايد (لا نا ⁺ ولا الكلورين ^- وتحلل).

إذا استمرت إضافة NaOH ، يستمر الرقم الهيدروجيني في الزيادة ، ليصبح أكثر أساسية من نقطة التكافؤ ، لأن تركيز NaOH هو السائد.

من الناحية المثالية ، يجب أن يحدث تغيير لون المؤشر عند الرقم الهيدروجيني = 7 ؛ ولكن نظرًا للشكل الحاد لمنحنى المعايرة ، يمكن استخدام الفينول فثالين الذي يتغير إلى اللون الوردي الباهت عند درجة حموضة حوالي 8.

منحنى معايرة القاعدة الحمضي القوي

المصدر: Quantumkinetics ، من ويكيميديا ​​كومنز إن منحنى المعايرة لحمض قوي بقاعدة قوية مشابه للصورة أعلاه. والفرق الوحيد بين المنحنيين هو أن الأول به تغير حاد في درجة الحموضة ؛ بينما في منحنى المعايرة لحمض ضعيف ذو قاعدة قوية ، يمكن ملاحظة أن التغيير أكثر تدريجيًا.

في هذه الحالة ، يتم معايرة حمض ضعيف ، مثل حمض الأسيتيك (CH ₃ COOH) بقاعدة قوية ، هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). يمكن تحديد التفاعل الذي يحدث في المعايرة على النحو التالي:

هيدروكسيد الصوديوم + CH ₃ COOH => CH ₃ COO ^- Na ⁺ + H ₂ O

في هذه الحالة يتم تشكيل المخزن المؤقت للأسيتات مع pKa = 4.74. يمكن رؤية المنطقة العازلة في تغيير طفيف وغير محسوس تقريبًا قبل الرقم الهيدروجيني 6.

نقطة التكافؤ ، كما تشير الصورة ، هي حوالي 8.72 وليس 7. لماذا؟ لأن CH ₃ COO ^- هو أنيون يولد OH بعد التحلل المائي ^- ، والذي يحدد الأس الهيدروجيني:

CH ₃ COO ^- + H ₂ O <=> CH ₃ COOH + OH ^-

مراحل

يمكن تقسيم معايرة حمض الأسيتيك بواسطة هيدروكسيد الصوديوم إلى 4 مراحل للتحليل.

- قبل البدء في إضافة القاعدة (NaOH) ، يكون الرقم الهيدروجيني للمحلول حمضيًا ويعتمد على تفكك حمض الأسيتيك.

- عند إضافة هيدروكسيد الصوديوم ، يتم تكوين محلول الأسيتات ، ولكن بنفس الطريقة يزداد تكوين قاعدة الأسيتات المترافقة ، مما يؤدي إلى زيادة في درجة الحموضة في المحلول.

- يحدث الأس الهيدروجيني لنقطة التكافؤ عند pH 8.72 ، وهو قلوي بصراحة.

لا تحتوي نقطة التكافؤ على قيمة ثابتة وتختلف اعتمادًا على المركبات المشاركة في المعايرة بالتحليل الحجمي.

- عند الاستمرار في إضافة NaOH ، بعد الوصول إلى نقطة التكافؤ ، يزداد الرقم الهيدروجيني بسبب زيادة هيدروكسيد الصوديوم.

اختيار المؤشر حسب نقطة التكافؤ

يُعد الفينول فثالين مفيدًا في تحديد نقطة التكافؤ في هذه المعايرة ، نظرًا لأن نقطة تحول لونه عند درجة حموضة تبلغ حوالي 8 ، والتي تقع في منطقة الأس الهيدروجيني لمعايرة حمض الأسيتيك التي تتضمن النقطة التكافؤ (pH = 8.72).

من ناحية أخرى ، لا يعد أحمر الميثيل مفيدًا في تحديد نقطة التكافؤ ، لأنه يغير اللون في نطاق الأس الهيدروجيني 4.5 إلى 6.4.

المراجع

1. ويكيبيديا. (2018). نقطة التعادل. تم الاسترجاع من: es.wikipedia.org
2. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). تعريف نقطة التكافؤ. تم الاسترجاع من: thinkco.com
3. لوسي ماديشا. (16 أبريل 2018). الفرق بين نقطة النهاية ونقطة التكافؤ. » DifferenceBetween.net. تم الاسترجاع من: differentbetween.net
4. انظر J. (2018). نقطة التكافؤ: التعريف والحساب. تم الاسترجاع من: study.com
5. Whitten ، KW ، Davis ، RE ، Peck ، LP & Stanley ، GG Chemistry. (2008) الطبعة الثامنة. محررو Cengage Learning.