المحاضرة الثالثة عشر / وزاريات الايون المشترك

السؤال:

ما هو التأثير الذي تحدثه إضافة 8.2 غم (0.1 mol) من ملح خلات الصوديوم CH₃COONa إلى لتر واحد من محلول حمض الخليك CH₃COOH بتركيز 0.1 M على تركيز أيونات الهيدروجين؟
علمًا بأن:

$$Ka = 1.8 \times 10^{-5}$$

الحل:

لدينا محلول يحتوي على حمض ضعيف (CH₃COOH) وملحه (CH₃COONa)، لذلك يتكون محلول منظم (Buffer)، وسندرس تأثير إضافة الملح على تركيز أيونات الهيدروجين (+H).

الخطوة 1: حساب pKa

$$\text{pKa} = -\log(1.8 \times 10^{-5}) \approx 4.74$$

الخطوة 2: استخدام معادلة هندرسون – هاسلبالش

$$\text{pH} = \text{pKa} + \log\left( \frac{[\text{الملح}]}{[\text{الحمض}]} \right)$$

المعطيات:

• تركيز الحمض = 0.1 M
• عدد مولات الملح = 0.1 mol في 1 لتر ⇒ تركيزه = 0.1 M

$$\text{pH} = 4.74 + \log\left( \frac{0.1}{0.1} \right) = 4.74 + \log(1) = 4.74 + 0 = 4.74$$

الخطوة 3: حساب تركيز أيونات الهيدروجين

$$\text{pH} = -\log[H^+] \Rightarrow [H^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-4.74} \approx 1.8 \times 10^{-5} \, \text{M}$$

✅ الإجابة النهائية:

بإضافة 0.1 mol من خلات الصوديوم إلى محلول حمض الخليك:

• يتكون محلول منظم.
• تركيز أيونات الهيدروجين H⁺ يصبح ثابتًا تقريبًا ويساوي:

$$\boxed{[H^+] = 1.8 \times 10^{-5} \, \text{mol/L}}$$

السؤال:

س11: ما هو التأثير الذي تحدثه إضافة 26.75 غم (0.5 mol) من ملح كلوريد الأمونيوم NH₄Cl إلى لتر واحد من محلول الأمونيا NH₃ بتركيز 0.1 mol/L على درجة تفكك القاعدة؟
علمًا أن:

$$Kb = 1.8 \times 10^{-5} \quad \text{و} \quad \sqrt{1.8} = 1.3$$

الحل:

هذا سؤال عن تأثير الأيون المشترك، حيث نضيف ملحًا يحتوي على الأيون الموجب NH₄⁺ إلى قاعدة ضعيفة NH₃.

✅ المعادلة الأساسية لتأين NH₃:

$$\text{NH₃} + \text{H₂O} \rightleftharpoons \text{NH₄}^+ + \text{OH}^-$$

بإضافة NH₄Cl، فإن [NH₄⁺] يزداد، وهو أيون مشترك، مما يؤدي إلى:

• انزياح الاتزان نحو اليسار.
• نقص تأين NH₃.
• انخفاض تركيز OH⁻.
• انخفاض درجة تفكك القاعدة.

الخطوة 1: قبل الإضافة – حساب [OH⁻] و α (درجة التفكك)

نحسب [OH⁻] في محلول NH₃ فقط (0.1 M):

$$\text{[OH⁻]} = \sqrt{Kb \times [NH₃]} = \sqrt{1.8 \times 10^{-5} \times 0.1}$$ $$= \sqrt{1.8 \times 10^{-6}} = \sqrt{1.8} \times 10^{-3} \approx 1.3 \times 10^{-3} \, \text{mol/L}$$

درجة التفكك:

$$\alpha = \frac{[OH⁻]}{[NH₃]} = \frac{1.3 \times 10^{-3}}{0.1} = 0.013 = 1.3\%$$

الخطوة 2: بعد الإضافة – تأثير NH₄⁺ المشترك

بإضافة NH₄Cl (0.5 mol)، يصبح لدينا أيّون مشترك NH₄⁺ بتركيز كبير، مما يؤدي إلى:

• انزياح التفاعل العكسي.
• انخفاض تركيز OH⁻ إلى أقل من 1.3 × 10⁻³ mol/L.
• درجة التفكك الجديدة α ستكون أقل من 1.3٪.

✅ الإجابة النهائية:

بإضافة 26.75 غم من NH₄Cl (أي 0.5 mol) إلى محلول NH₃ بتركيز 0.1 M:

• تنخفض درجة تفكك القاعدة NH₃.
• بسبب تأثير الأيون المشترك (NH₄⁺).
• وتصبح درجة التفكك أقل من 1.3٪.