الدرس: 3-2 المواد الالكتروليتية والمواد غير الالكتروليتية

المحلول المائي عبارة عن مزيج متجانس ناتج من ذوبان مادة (مذاب) في الماء (مذيب) وتنقسم المواد حسب قابلية محاليلها على التوصيل الكهربائي إلى:

أولاً: المواد الإلكتروليتية: هي مواد تكون لمحاليلها أو لمنصهراتها القابلية على التوصيل الكهربائي بسبب تفككها إلى أيونات، وقد تكون إلكتروليتات قوية أو ضعيفة.

ثانياً: المواد غير الإلكتروليتية: مواد ليس لمحاليلها المائية القابلية على التوصيل الكهربائي بسبب عدم تفككها إلى أيونات مثل السكر والكحول CH₃OH_(L)$\to$ CH₃OH_(aq)

الفرق بين المواد الإلكتروليتية والمواد غير الإلكتروليتية المواد الإلكتروليتية.

المواد الإلكتروليتية:

1. عند ذوبانها في الماء تتفكك إلى ايونات.
2. محاليلها المائية موصلة للتيار الكهربائي.
3. تشمل المركبات الأيونية والتساهمية المستقطبة.

المواد غير الإلكتروليتية.

1. عند ذوبانها في الماء لا تتفكك إلى أيونات.
2. محاليلها المائية غير موصلة للتيار الكهربائي.
3. تشمل المركبات التساهمية.

ما هي سمات أو مميزات الإلكتروليتات؟

1. لها القابلية على إيصال التيار الكهربائي سواء كانت بشكل منصهر أو بشكل محلول في مذيب مستقطب.
2. محصلة الشحنة الكهربائية لمحاليل الإلكتروليتات تساوي صفر أي أن محاليلها المائية متعادلة كهربائياً.
3. عند ذوبانها في الماء فإن محلولها يتضمن أيونات موجبة وأيونات سالبة.
4. تعتمد قابلية محاليها للتوصيل الكهربائي على طبيعة الأيونات المكونة له وتركيز الأيونات إضافة إلى درجة حرارة المحلول.

تصنيف الإلكتروليتات حسب قابليتها على نقل التيار الكهربائي:

أولاً: الإلكتروليتات القوية: وهي مواد عند ذوبانها في الماء فإن محاليلها تكون عالية التوصيل للكهربائية وذلك بسبب تفككها التام أو شبه التام إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة وتشمل الحوامض القوية والقواعد القوية والأملاح الذائبة في الماء.

عند كتابة معادلات تفكك الإلكتروليتات القوية نفصل بين المادة الإلكتروليتية وأيوناتها الناتجة بسهم $\to$ وتحسب تراكيز الأيونات في محاليلها مباشرة من تركيز الإلكتروليت القوي ($\to$) أمامي واحد فقط نفسه.

الحوامض القوية:

الحوامض الضعيفة:

كيفية حل مسائل الحوامض القوية والقواعد القوية:

1. بعد تشخيص نوع المادة المذابة فيما إذا كانت حامضاً قوياً أو قاعدة قوية أكتب معادلة تأينها أو تفككها.
2. ضع أسفل كل مكون من مكوناتها قيمة تركيزه.
3. ستنتج قيمة التركيز المطلوب حيث تحسب تراكيز الأيونات مباشرة من تراكيز الإلكتروليتات القوية كونها تامة التأين في محاليها المخففة.

احسب التركيز المولاري لأيون الباريوم وأيون الهيدروكسيد في محلول 0.03M من هيدروكسيد الباريوم؟

$$\begin{gathered} \mathrm{Ba}(\mathrm{OH}{)}_2\to {\mathrm{Ba}}^{2+}+2{\mathrm{OH}}^{-} \\ 0.03 0 0 \\ 0 0.03 2\mathrm{x}0.03 \end{gathered}$$

$\begin{array}{r}\left[[\mathrm{Ba}{]}^{2+}=\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{03}\mathrm{M}\right.\\ \\ ,\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]=0.06\mathrm{M}\end{array}$

احسب تراكيز الأصناف الأيونية في محاليل المركبات التالية:

• HBr بتركيز 0.25M

$$\begin{gathered} \mathrm{Ba}(\mathrm{OH}{)}_2\to {\mathrm{Ba}}^{2+}+2{\mathrm{OH}}^{-} \\ 0.25 0 0 \\ 0 0.25 0.25 \\ \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=0.25\mathrm{M},\left[{\mathrm{Br}}^{-}\right]=0.25\mathrm{M} \end{gathered}$$

• KOH بتركيز 0.055M

$$\begin{gathered} \mathrm{KOH}\to {\mathrm{K}}^{+}+{\mathrm{OH}}^{-} \\ 0.055 0 0 \\ \left[{\mathrm{K}}^{+}\right]=0.055\mathrm{M},\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]=0.055\mathrm{M} \end{gathered}$$

• CaCl2 بتركيز 0.155M

$$\begin{gathered} {\mathrm{CaCl}}_2\to {\mathrm{Ca}}^{2+}+2{\mathrm{Cl}}^{-} \\ 0.155\mathrm{M} 0 0 \\ 0 0.155\mathrm{M} .0310 \\ \left[{\mathrm{Ca}}^{++}\right]=0.155\mathrm{M},\left[{\mathrm{Cl}}^{-}\right]=0.310\mathrm{M} \end{gathered}$$

ثانياً: الإلكتروليتات الضعيفة:

مواد عند ذوبانها في الماء تنتج محاليل ضعيفة التوصيل للكهربائية كونها تتأين بشكل جزئي في محاليلها وتشمل:

1. الحوامض الضعيفة.
2. القواعد الضعيفة.

عند ذوبان أي نوع من هذه المواد في الماء ينتج محلول يحتوي على ثلاث أصناف وهي أيونات موجبة وأيونات سالبة وجزيئات غير متأينة أو متفككة يمكن تمثيله بمعادلة كيميائية تكون الأصناف الأيونية إلى يمين المعادلة، بينما الجزيئات غير المتفككة إلى يسار المعادلة ويفصل بينهما بسهمين متعاكسين لأن هذا الصنف من التفاعلات يتميز كونه انعكاسي يصل فيها نظام التفاعل إلى حالة اتزان بين الأيونات يمين المعادلة والجزيئات التي في يسار المعادلة وتكون فيه سرعة تفكك الجزيئات (سرعة التفاعل الأمامي) مساوية لسرعة اتحاد الأيونات لتكوين الجزيئات (سرعة التفاعل الخلفي) إن هذا النوع من الاتزان يوصف بأنه اتزان أيوني: وهو حالة اتزان حركي بين الأيونات يمين المعادلة والمواد في يسارها يكون فيها سرعة التفاعل الأمامي تساوي سرعة التفاعل الخلفي وتكون فيها جميع مكونات المحلول في تفاعل مستمر مع بقاء تراكيزها ثابتة بثبوت درجة الحرارة.

ملاحظة:

1. الاتزان الأيوني يختص بالإلكتروليتات الضعيفة والمركبات شحيحة الذوبان.
2. تختلف التفاعلات الانعكاسية عن التفاعلات التامة بأنها لا تصل إلى نهاية بل تصل إلى حالة اتزان عندما يسير التفاعل الأمامي والخلفي بنفس الوقت وبنفس السرعة.

الحوامض الضعيفة:

القواعد الضعيفة:

التعبير عن حالة الاتزان الأيوني في محاليل الإلكتروليتات الضعيفة:

يعبر عن الاتزان الايوني مثل ما هو في حالة الاتزان الكيميائي بدلالة ثابت الاتزان KC

أكتب التعبير الرياضي لحساب قيمة K_C لمحلول الامونيا المائي المخفف؟

$$\begin{gathered} {\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{NH}}_4^{+}+{\mathrm{OH}}^{-} \\ {\mathrm{K}}_{\mathrm{eq}}=\frac{\left[{\mathrm{NH}}_4^{+}\right]\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}{\left[{\mathrm{NH}}_3\right]\left[{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\right]} \end{gathered}$$

ولكن الماء هو المذيب عليه فإن تركيز جزيئاته كبير جداً مقارنة مع تركيز بقية الأصناف المتزنة لذلك يبقى تركيز الماء ثابتاً تقريباً أثناء سير التفاعل للوصول لحالة الاتزان وبالتالي يمكن دمج قيمة تركيزه مع قيمة ثابت الاتزان والقيمة هي: Keq × [H2O] = KC

${\mathrm{K}}_{\mathrm{C}}=\frac{\left[{\mathrm{NH}}_4^{+}\right]\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}{\left[{\mathrm{NH}}_3\right]}$

ولكن الماء هو المذيب عليه فإن تركيز جزيئاته كبير جداً مقارنة مع تركيز بقية الأصناف المتزنة لذلك يبقى تركيز الماء ثابتاً تقريباً أثناء سير التفاعل للوصول لحالة الاتزان وبالتالي يمكن دمج قيمة تركيزه مع قيمة ثابت الاتزان والقيمة هي:

عند التعبير عن قيمة ثابت الاتزان لن نكتب قيمة الماء كونها قيمة ثابتة وتكون ممثلة في قيمة ثابت الاتزان.

كيفية حساب التركيز المولاري للماء في المحاليل المخففة.

• يمكن حسابه على أنه مساو للتركيز المولاري للماء النقي.
• إذا علمنا أن كثافة الماء تساوي 1kg/ L أو 1000g/ L وإن الكتلة المولية للماء تساوي 18g/ mol وأن $\mathrm{M}=\frac{m}{{\mathbf{M}}^{\mathrm{m}}\cdot {\mathbf{V}}_{\mathrm{L}}}$ إذاً $M=\frac{1000\mathrm{g}}{18\mathrm{g}/\mathrm{mol}\cdot 1_{\mathrm{L}}}\mathrm{M}=55.5\mathrm{mol}/\mathrm{L}$.