كيفية إيجاد نصف نقطة التكافؤ في رسم بياني معايرة

يسجل الكيميائيون عادةً نتائج معايرة الحمض على مخطط مع الرقم الهيدروجيني على المحور الرأسي وحجم القاعدة التي يضيفونها على المحور الأفقي. ينتج عن هذا منحنى يرتفع برفق حتى يبدأ في الارتفاع بشكل حاد عند نقطة معينة. هذه النقطة - تسمى نقطة التكافؤ - تحدث عندما يتم تحييد الحمض. تقع نقطة نصف التكافؤ في منتصف المسافة بين نقطة التكافؤ والأصل. هذه هي النقطة التي يكون عندها الرقم الهيدروجيني للمحلول مساويًا لثابت التفكك (pKa) للحمض.

في تجربة معايرة نموذجية ، يضيف الباحث قاعدة إلى محلول حمضي أثناء قياس الأس الهيدروجيني بإحدى الطرق العديدة. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام مؤشر ، مثل عباد الشمس ، يتغير اللون مع تغير الأس الهيدروجيني. تشمل الطرق الأخرى استخدام التحليل الطيفي أو مقياس الجهد أو مقياس الأس الهيدروجيني.

مع زيادة تركيز القاعدة ، عادة ما يرتفع الرقم الهيدروجيني ببطء حتى التكافؤ ، عندما يتم تحييد الحمض. عند هذه النقطة ، يؤدي إضافة المزيد من القاعدة إلى ارتفاع الأس الهيدروجيني بسرعة. بعد الوصول إلى التكافؤ ، ينخفض ​​المنحدر بشكل كبير ، ويرتفع الأس الهيدروجيني مرة أخرى ببطء مع كل إضافة للقاعدة. نقطة الانعطاف ، وهي النقطة التي يتغير عندها المنحنى السفلي إلى المنحنى العلوي ، هي نقطة التكافؤ.

بعد تحديد نقطة التكافؤ ، من السهل إيجاد نقطة نصف التكافؤ ، لأنها تقع بالضبط في منتصف المسافة بين نقطة التكافؤ والأصل على المحور x.

تعطي معادلة Henderson-Hasselbalch العلاقة بين الرقم الهيدروجيني لمحلول حمضي وثابت تفكك الحمض: pH = pKa + log ([A^-] / [HA]) ، حيث [HA] هو تركيز الحمض الأصلي و [A^-] هي قاعدته المرافقة. عند نقطة التكافؤ ، تمت إضافة قاعدة كافية لتحييد الحمض تمامًا ، لذا عند نقطة التكافؤ النصف ، تكون تركيزات الحمض والقاعدة متساوية. لذلك سجل ([A^-] / [HA]) = السجل 1 = 0 ، و pH = pKa.

من خلال رسم خط رأسي من قيمة حجم نصف التكافؤ إلى المخطط ثم خط أفقي إلى المحور y ، من الممكن اشتقاق ثابت تفكك الحمض مباشرة.