الاتزان الايوني / المحاضرة الثانية / الحوامض الضعيفه و قواعدها

الحوامض الضعيفة وقواعدها المترافقة

✅ أولًا: تعريف الحمض الضعيف

الحمض الضعيف هو مادة لا تتأين كليًا في الماء، أي لا تُطلق جميع أيونات الهيدروجين $H^+$ عند ذوبانها في المحلول. عند وضع الحمض الضعيف في الماء، يحدث تفاعل عكوس (اتزان كيميائي) بين الحمض وأيوناته، وتبقى كمية كبيرة من الحمض على شكله الجزيئي غير المتأين.

🔹 المعادلة العامة لتأين حمض ضعيف:

$$HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$$

حيث:

• $HA$: الحمض الضعيف
• $H^+$: أيون الهيدروجين
• $A^-$: القاعدة المترافقة

✅ ثانيًا: ثابت تأين الحمض – $K_a$

لقوة الحامض علاقة بقيمة ثابت الاتزان $K_a$ (ثابت تأين الحمض):

$$K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}$$

• كلما زادت قيمة $K_a$، زادت قوة الحمض.
• الحوامض الضعيفة تكون قيم $K_a$ لها صغيرة (عادة أقل من $10^{-2}$).

✅ أمثلة على الحوامض الضعيفة:

✅ ثالثًا: القاعدة المترافقة للحمض الضعيف

عندما يتأين الحمض، يتكوّن أيون سالب يسمى القاعدة المترافقة، وهي المادة التي يمكن أن تستقبل بروتونًا $H^+$ مرة أخرى.

• مثال:
  الحمض $CH_3COOH$ يمنح بروتونًا فيتكون $CH_3COO^-$، وهي القاعدة المترافقة.

كلما كان الحمض أضعف، كانت قاعدته المترافقة أقوى نسبياً.

✅ رابعًا: العلاقة بين $K_a$ و $K_b$

لكل زوج حمض وقاعدته المترافقة، توجد علاقة رياضية مهمة:

$$K_a \cdot K_b = K_w = 1.0 \times 10^{-14} \, \text{عند } 25^\circ C$$

• $K_b$: ثابت تأين القاعدة المترافقة
• $K_w$: ثابت تأين الماء

بالتالي، إذا عُرفت قيمة $K_a$ يمكن حساب $K_b$ للقاعدة المترافقة:

$$K_b = \frac{K_w}{K_a}$$

✅ خامسًا: درجة التأين (α)

تعبر عن النسبة المئوية للجزيئات التي تأينت فعليًا:

$$\alpha = \frac{\text{عدد الجزيئات المتأينة}}{\text{العدد الكلي للجزيئات}} \times 100\%$$

• الحوامض الضعيفة لها $\alpha$ منخفضة (أقل من 5%)
• تزداد $\alpha$ بزيادة التخفيف أو تقليل التركيز

✅ سادسًا: حساب pH للحمض الضعيف

لحساب $pH$ لمحلول حمض ضعيف نستخدم:

1. معادلة التأين.
2. قانون $K_a$.
3. إيجاد [$H^+$].
4. ثم:

$$pH = -\log[H^+]$$

🧪 مثال:

احسب $pH$ لمحلول $CH_3COOH$ بتركيز 0.1 M إذا كان $K_a = 1.8 \times 10^{-5}$.

الحل (باختصار): نفرض أن تركيز $H^+ = x$، ثم:

$$K_a = \frac{x^2}{0.1 – x} \approx \frac{x^2}{0.1} \Rightarrow x = \sqrt{K_a \cdot 0.1} = \sqrt{1.8 \times 10^{-6}} \approx 1.34 \times 10^{-3}$$ $$pH = -\log(1.34 \times 10^{-3}) \approx 2.87$$

✅ سابعًا: تطبيقات على الحوامض الضعيفة:

1. المنظفات المنزلية: تحتوي على أحماض عضوية ضعيفة.
2. الأنظمة البيولوجية: مثل حمض اللاكتيك في العضلات.
3. المنظومات المنظمة (Buffers): خليط من حمض ضعيف وقاعدته المترافقة يحافظ على ثبات pH.

✅ ثامنًا: مقارنة بين الحوامض القوية والضعيفة:

✅ تاسعًا: القواعد الضعيفة المرتبطة بها

تتشكل القواعد الضعيفة من المواد التي لها القدرة على استقبال بروتون، ولكن بشكل غير كامل، مثل:

$$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$$

وتُحسب قوة القاعدة بقانون:

$$K_b = \frac{[NH_4^+][OH^-]}{[NH_3]}$$

وتُستخدم لحساب pOH ثم:

$$pOH = -\log[OH^-], \quad pH = 14 – pOH$$

✅ عاشرًا: أهمية فهم الحوامض الضعيفة وقواعدها:

• يُسهم في تفسير سلوك المواد في الجسم مثل الدم واللعاب.
• يُستخدم في تصميم الأدوية والمنظفات.
• يُفيد في الحسابات الدقيقة داخل المختبرات الكيميائية والتحاليل.

✅ خاتمة:

إنّ الحوامض الضعيفة وقواعدها المترافقة تشكل جزءًا جوهريًا من دراسة الاتزان الأيوني. من خلال فهم سلوك هذه المركبات في الماء، ومعرفة قوانين $K_a$، $K_b$، و$K_w$، يستطيع الطالب التنبؤ بتركيز الأيونات ودرجة الحموضة في المحاليل المختلفة، مما يساعد على تحليل التفاعلات الكيميائية الحيوية والصناعية على حد سواء.