كيفية حل مشكلة معايرة

حدد ما إذا كان التحليل (المادة الكيميائية المذابة في المحلول) والمعاير (المادة الكيميائية المضافة لتحييد المذاب) أحماض أو قواعد قوية. الحمض مادة تفرز البروتونات ، بينما القاعدة هي مادة تأخذ البروتونات. إذا كان المذاب أساسًا ، فسيكون المعاير حمضًا والعكس صحيح. حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك وحمض الكبريتيك وحمض البيركلوريك وحمض الهيدروبروميك وحمض الهيدرويوديك هي الأكثر شيوعًا الأحماض القوية ، في حين أن الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والكالسيوم والسترونشيوم وهيدروكسيدات الباريوم قواعد قوية. للحصول على قائمة بالأحماض والقواعد الشائعة ، راجع الارتباط الموجود في قسم الموارد.

حدد ما إذا كان ناتج تفاعل المعايرة سيكون ملحًا متعادلًا أم ملحًا قاعديًا / حمضيًا. عندما تتفاعل قاعدة قوية وحمض قوي ، يكون المنتج ملحًا متعادلًا (ملح برقم هيدروجيني 7) ؛ التفاعل بين حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم ، على سبيل المثال ، ينتج كلوريد الصوديوم ، وهو ليس قاعديًا ولا حمضيًا. ومع ذلك ، فإن الحمض القوي الذي يتفاعل مع قاعدة ضعيفة ينتج ملحًا حمضيًا ، بينما تنتج القاعدة القوية التي تتفاعل مع حمض ضعيف ملحًا قاعديًا. نادرًا ما يتم إجراء المعايرة باستخدام مزيج من حمض ضعيف وقاعدة ضعيفة ، لأنه سيكون من الصعب العثور على نقطة التكافؤ لهذا النوع من المعايرة بالتحليل الحجمي.

اكتب ما تعرفه واكتشف ما تطلبه المشكلة. عادةً ما تمنحك مشكلة الواجبات المنزلية أو الاختبار من هذا النوع هويات المُعاير والتحليل ، وحجم المُحلل وتركيز المُعاير. قد تعطيك المشكلة مقدار المعاير المطلوب للوصول إلى التكافؤ (النقطة التي تم فيها تحييد كل المذاب) وتطلب منك إيجاد الرقم الهيدروجيني عند التكافؤ وتركيز المحلول الأصلي ، أو قد يمنحك تركيز كل من المعاير والمذاب ، ثم يطلب منك إيجاد الرقم الهيدروجيني في كل مرحلة من مراحل ردة الفعل. سيتطلب كل نوع من المشاكل استراتيجية مختلفة.

اكتب المعادلة الكيميائية المتوازنة للتفاعل بين الحمض والقاعدة (سيتم إعطاؤك هذا عادةً في المسألة أيضًا). حدد نسبة المواد المتفاعلة باستخدام المعادلة الكيميائية ، أي عدد جزيئات مادة كيميائية واحدة مطلوبة للتفاعل مع جزيء واحد من الآخر.

استخدم البيانات التي حصلت عليها لحساب الرقم الهيدروجيني في كل خطوة من خطوات التفاعل إذا طلبت منك المشكلة القيام بذلك (إذا لم يكن الأمر كذلك ، فتخط هذه الخطوة وانتقل إلى الخطوة 6). اعتمادًا على هويات التحليل والمعاير ، هناك أربعة احتمالات.

1) إذا كان التحليل عبارة عن حمض قوي والمعاير عبارة عن قاعدة قوية ، فإن الرقم الهيدروجيني هو مجرد السجل السلبي لتركيز التحليل. للعثور على تركيز المادة التحليلية ، اطرح عدد مولات المعاير المضافة إلى هذه النقطة ، ثم اقسم على الحجم الإجمالي (الحجم الأولي للتحليل + حجم المعاير المضافة).

2) إذا كان التحليل عبارة عن قاعدة قوية والمعاير عبارة عن حمض قوي ، فإن الخطوات التي تتبعها هي نفسها كما في (1) باستثناء أن السجل السلبي لتركيز المادة التحليلية سيمنحك pOH بدلاً من الرقم الهيدروجيني. لتحويل الأس الهيدروجيني إلى الرقم الهيدروجيني ، اطرحه من 14.

3) إذا كان التحليل عبارة عن حمض ضعيف والمعاير عبارة عن قاعدة قوية ، فاستخدم معادلة Henderson-Hasselbalch ، pH = pKa + log ([تركيز القاعدة المترافق] / تركيز الحمض الضعيف المتبقي). مقدار القاعدة المترافقة يساوي مقدار المعاير الذي أضفته حتى الآن ؛ قسّمه على الحجم الكلي لإيجاد التركيز. يتم سرد قيم pKa للعديد من الأحماض الضعيفة في الجدول المرتبط في قسم الموارد.

4) إذا كان التحليل عبارة عن قاعدة ضعيفة والمعاير عبارة عن حمض قوي ، فاستخدم الشكل الآخر من معادلة Henderson-Hasselbalch ، pOH = pKb + log ([تركيز الحمض المترافق] / القاعدة الضعيفة المتبقية تركيز ). ثم قم بالتحويل من الأس الهيدروجيني إلى الرقم الهيدروجيني عن طريق طرح 14.

ابحث عن الرقم الهيدروجيني عند التكافؤ إذا طلبت منك المشكلة القيام بذلك. بالنسبة للحمض القوي المقترن بقاعدة قوية ، يكون الرقم الهيدروجيني عند التكافؤ 7. للحصول على معاير حمض قوي ومحلل قاعدي ضعيف ، خذ عدد مولات القاعدة الضعيفة الموجودة أصلاً واقسمها على الحجم الإجمالي الجديد (الحجم الأصلي للتحليل + حجم المعاير المضاف للوصول إلى التكافؤ) للعثور على التركيز ، ثم خذ السجل السلبي لهذا تركيز. الإجراء الخاص بمعايرة قاعدية قوية مع تحليل حمض ضعيف هو نفسه ، باستثناء ذلك بمجرد تناولك اللوغاريتم السالب سيحصل على الرقم الهيدروجيني بدلاً من الرقم الهيدروجيني ، لذلك تحتاج إلى تحويله إلى الرقم الهيدروجيني عن طريق طرحه من 14.

ابحث عن التركيز الأصلي للتحليل إذا طلبت منك المشكلة القيام بذلك. حجم المعاير المضاف للوصول إلى التكافؤ مضروبًا في المولارية أو تركيز المعاير سيعطيك عدد مولات المعاير المضافة. عدد مولات المعاير المضافة ، مضروبًا في النسبة بين المواد المتفاعلة التي وجدتها في الخطوة 4 ، يساوي عدد مولات المادة التحليلية الموجودة أصلاً. قسّم عدد مولات المادة التحليلية على الحجم الأصلي لها لإيجاد تركيز المادة التحليلية.

• يفترض هذا الإجراء نسبة 1 إلى 1 بين الحمض والقاعدة في تفاعل التعادل - وهو عادةً نوع المشكلة التي ستراها في اختبار الكيمياء العام.

• عند إيجاد التركيزات عند التكافؤ أو قبله ، خذ حجم المحول الذي أضفته في الاعتبار.