تم النشر اليوم 12-12-2025 | ثابت تفكك الحمض استنباط ثابت التوازن

استنباط ثابت التوازن

تستنبط قوة الحمض كثابت توازن التفاعل الكيميائي من طاقة جيبس الحرة G (والتي تسمى أيضا إنثالبي الإنثالبي الحر ). فإذا عرفنا G ينطبق ثابت التوازن Kth للتفاعل الكيميائي

K_ th e^ - frac Delta G R cdot T

حيث

R ثابت الغازات العام ,

T درجة الحرارة ،

e عدد أويلر .

وهذه المعادلة تبين أيضا العلاقة بين ثابت الحمض ودرجة الحرارة كلفن بالكلفن . وتعرف K_ th كنتيجة فاعلية كيميائية للفاعلية الكيميائية وليس لها وحدات. وعند اهمال تأثيرات عملية الخلط فتنطبق المعادلة

a_i c_i / c_ i, ext ref .

وينطبق هذه المعادلة على تركيز في حدود 1 سوابق SI ملي مول / لتر . ويمكن صياغة معادلة ثابت التوازن عن طريق استخدام تركيز التركيز أو استخدام فاعلية الفاعلية ولكن ثابت التوازن تتغير قيمته. وفي معظم الأحوال نستخدم التركيز لحساب ثابت التوازن.

تفاعل حمض وقاعدة

مقالة رئيسية تفاعل حمض-قاعدة يتم التفاعل الآتي بين حمض HA و قاعدة A− في محلول مائي ويحدث توازن كيميائي التوازن الكيميائي

mathrm HA + H_2O ight harpoons H_3O^+ + A^-

Acetic-acid-dissociation-2D-curly-arrows.png 400 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

frac c(mathrm H _3mathrm O ^+) cdot c(mathrm A ^-) c(mathrm HA ) cdot c(mathrm H _2mathrm O ) K

ونظرا لثبات تركيز الماء (c(H2O خلال التفاعل فيمكن ضم (c(H2O في الثابت < >K

K_mathrm a frac c(mathrm H _3mathrm O ^+) cdot c(mathrm A ^-) c(mathrm HA )

وغالبا نعطي Ka, باللوغاريتم العشري السالب

mathrm p K_mathrm a -lg (K_mathrm a cdot 1 mathrm frac l mol ight) -lg (frac c(mathrm H _3mathrm O ^+) cdot c(mathrm A ^-) c(mathrm HA ) cdot 1 mathrm frac l mol ight)

فكلما صغرت قيمة pKa كلما زادت قوة الحمض. فمثلا يتميز حمض النتريك (HNO3 بدرجة تفكك تصل إلى 96 عندما يكون تركيز تركيزه 1 مول / لتر ويكون ثابت الحمض pKa -1.32 ، و حمض الخليك (وهو يعتبر من الأحماض الضعيفة) نسبة تفككه 4.0 عند التركيز 1 مول/لتر وتكون pKa مساوية 4.75. بالنسبة للماء عند 25 درجة مئوية يوجد في 1 لتر عدد من الجزيئات تعادل 10−7 مول تكون تفكك مفككة ، ويبلغ ثابتها الحمضي pKa 15,74. كما يوجد ثابت للقواعد (pKb-value). كلما انخفضت قيمة pKb كلما زادت شراهة القاعدة على اكتساب بروتونات. وعن طريق حساب pKa يمكننا حساب ثابت القاعدة ويمكن حساب ثابت القاعدة (pKb-value) من ثابت الحمض pKa الذي يؤول إليه ، حيث أن مجموعها يساوي 14

mathrm p K_mathrm a + mathrm p K_mathrm b mathrm p K_mathrm W 14  

mathrm p K_mathrm b -lg K_mathrm b .

وينطبق ذلك على الحالة المعتادة للضغط و درجة الحرارة .

قوة الحمض

تقترن خاصية مادة في تفاعلها كحمض بقدرتها على إضافة بروتون إعطاء أحد أيون أيوناتها الهيدروجينة (بروتون) (H+) 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

mathrm 1) HA + H_2O ight harpoons H_3O^+ + A^- ,

وينشأ سريعا توازن في هذا التفاعل. وهنا يستطيع كل من HA و H3O+ إعطاء بروتون إلى شريك ثالث في التفاعل ، ولهذا نعتبر كل منهما حمضا. أما H2O و A− فيمكنهما اكتساب بروتون ، ولذلك نسميهما قاعدتين. وعندما نفترض اهمال الماء و H3O+ يتبقى HA و A−. ونظرا لأن التوازن في هذا التفاعل معتمدا على التركيز ، فتعتمد قوة HA لأن تكون حمضية على قوة A−, أن يكون قاعديا. فإذا كانت قوة HA على إعطاء بروتونا كبيرة وكانت قوة A− 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 ( pKa-value) عددا بلا وحدات وهي مقياس لقوة حمض. وتكون الحمضية أكبر كلما قلّت قيمة pKa. وتكون قيمة pKa مساوية عدديا لقيمة pH-value عندما يكون تركيز كل من HA و A− متساويتين طبقا للمعادلة (1) . في المحاليل المائية تتميز الأحماض القوية بقوة كبيرة على إضافة بروتون والقاعدة القوية بقوة كبيرة على نزع بروتون مكونة H3O+ وبالتالي OH−. 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

mathrm 2) H_2O + H_2O ight harpoons H_3O^+ + OH^-

احماض وقواعد 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 < >Ka، (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

mathrm HA + H_2O ight harpoons H_3O^+ + A^- .

حيث < >HA جزيئ حمضي-قاعدي ، يعطي بروتونا H+ عند إذابته في الماء وينفصل أيون A- Wissenschaft-Online-Lexika < >Eintrag zu Sأ¤ure-Base-Konzepte im Lexikon der Ch ie, abgerufen am 2. April وبصفة عامة ينطبق تعريف برونستيد أيضا على أي مذيب غير الماء. وتنطبق المعادلة

mathrm HA + Y ight harpoons HY^+ + A^-

على أي مذيب < >Y يقبل أيون الهيدروجين. Ks 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+] und [A−]. ويمثل ثابت التوازن عادة بسالب لوغاريتم اللوغاريتم العشري pKa ، حيث تعني a هنا اختصارا للكلمة الإنجليزية < >acid حمض. أي كلما قلت pKa تزداد قوة الحمض.