الدرس: 3-6 التحليل المائي للاملاح

• التمذوب: مصطلح يقصد به تفاعل المادة مع المذيب المستعمل لإذابتها، ومن أهم هذه التفاعلات ما يحدث في المحاليل المائية.
• التحلل المائي: هو تفاعل الصنف المذاب مع جزيئات الماء وذلك عندما يكون الماء هو المذيب مما يسبب اضطراب في الاتزان الأيوني للماء فمثلاً تفاعل أيون السيانيد السالب (قاعدة قرينة) مع جزيئات الماء حيث يتكون نتيجة لذلك حامض ضعيف فيسبب اضطراب في اتزان أيوني الهيدروجين والهيدروكسيد في الماء وبالتالي تكوين محلول قاعدي.

$$\begin{gathered} {\mathrm{CN}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{HCN}+{\mathrm{OH}}^{-} \\ \mathrm{KCN}\to {\mathrm{K}}^{+}+{\mathrm{CN}}^{-} \end{gathered}$$

ما المقصود بالملح وإلى كم صنف يصنف؟

الملح إلكتروليت قوي ناتج من اتحاد أيون سالب مصدره حامض مع أيون موجب مصدره قاعدة، بمعنى آخر هو مركب أيوني ناتج من تفاعل حامض (قوي أو ضعيف) مع قاعدة (قوية أو ضعيفة)، والملح على أنواع ملح متعادل وملح حامضي وملح قاعدي مثلاً.

$\begin{array}{r}{\mathrm{H}}^{+}{\mathrm{Cl}}^{-}+{\mathrm{Na}}^{+}{\mathrm{OH}}^{-}\to {\mathrm{Na}}^{+}{\mathrm{Cl}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ \\ \mathrm{HCN}+\mathrm{KOH}\to \mathrm{KCN}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\end{array}$

وعلى ضوء ذلك يمكن تصنيف الأملاح إلى:

1. الأملاح المشتقة من الحوامض القوية والقواعد القوية.
2. الأملاح المشتقة من الحوامض الضعيفة والقواعد القوية.
3. الأملاح المشتقة من الحوامض القوية والقواعد الضعيفة.
4. الأملاح المشتقة من الحوامض الضعيفة والقواعد الضعيفة.

أولاً: الأملاح المشتقة من الحوامض القوية والقواعد القوية خصائصها:

1. عند ذوبانها في الماء تتفكك إلى أيونات موجبة تعود للقاعدة القوية وأيونات سالبة تعود للحامض القوي.
2. هذا النوع من الأملاح يعطي محاليل متعادلة أي pH تساوي 7 مهما كان تركيزها لأن ليس لأيوناتها الموجبة ولا لأيوناتها السالبية القابلية على التفاعل بشكل ملحوظ مع الماء وبالتالي فإن الاتزان الموجود بين أيوني الهيدروجين والهيدروكسيد لا يضطرب لذا تبقى محاليلها متعادلة.

$$\begin{gathered} \mathrm{NaCl} \to {\mathrm{Na}}^{+ }+ {\mathrm{Cl}}^{-} \\ \mathrm{ضعيف} \mathrm{قرين} \mathrm{حامض} \mathrm{ضعيفة} \mathrm{قرينة} \mathrm{قاعدة} \end{gathered}$$

طريقة التعرف على هذا النوع من الأملاح.

الأيون الموجب يعود لقاعدة قوية والأيون السالب يعود لحامض قوي.

علل:

المحلول المائي المخفف لملح يوديد البوتاسيوم متعادل كيميائياً؟

لأن يوديد البوتاسيوم ملح مشتق من حامض قوي وقاعدة قوية فعند ذوبانه في الماء يتفكك إلى أيونات ^-I أو ⁺K ولأن أيون اليوديد قاعدة ضعيفة وأيون البوتاسيوم حامض ضعيف فكلاهما لا يتفاعلان مع الماء بشكل ملحوظ وبالتالي فإن الاتزان الموجود بين ايون الهيدروجين وأيون الهيدروكسيد لا يضطرب فيبقى المحلول متعادلاً.

$\mathrm{KI}\to {\mathbf{K}}^{+}+{\mathbf{I}}^{-}$

لا تتغير قيمة pH الماء عند إذابة نترات البوتاسيوم فيه؟

نترات البوتاسيوم ملح مشتق من حامض قوي وقاعدة قوية عند ذوبانها في الماء تتفكك إلى أيونات ⁺K وأيونات ^-NO₃ ولأن أيون البوتاسيوم حامض ضعيف وأيون النترات قاعدة ضعيفة فكلاهما لا يتفاعل مع الماء وعليه فإن الاتزان الموجود بين أيون الهيدروجين وأيون الهيدروكسيد لا يضطرب فلا تتغير قيمة pH الماء.

ثانيًا: الأملاح المشتقة من الحوامض الضعيفة والقواعد القوية خصائصها:

1. عند ذوبانها في الماء تتفكك إلى أيونات موجبة تعود للقاعدة القوية وأيونات سالبة تعود للحامض الضعيف.
2. يكون المحلول الناتج ذو صفة قاعدية بسبب قابلية الأيون السالب للملح على التفاعل مع الماء لتكوين أيون الهيدروكسيد ^-OH، أو بعبارة أخرى بسبب قابلية الأيون السالب على التفاعل مع أيون ⁺H حامض ضعيف مما يتسبب نقص في كمية ⁺H فيتأين الماء لسد النقص الحاصل مما يؤدي إلى زيادة في كمية ^-OH فيصبح المحلول قاعد
3. الدالة الحامضية للمحلول أكبر من 7 دائماً.

يمكن وصف عملية التحلل المائي لهذا النوع من الأملاح بمعادلة واحدة:

${\mathrm{CN}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{HCN}+{\mathrm{OH}}^{-}$

ويمكن التعرف على هذا النوع من الأملاح من خلال أيوناتها الموجبة تعود لقواعد قوية وأيوناتها السالبة تعود لحوامض ضعيفة.

• ناتج ذوبانها في الماء هو حامض ضعيف وقاعدة قوية.
• قيمة الدالة الحامضية لهذا النوع من الأملاح أكبر من 7 دائماً.
• معرفة ثابت التحلل المائي للأيون السالب.
• إن ذوبانه في الماء يسبب زيادة في قيمة pH الماء.

تتفاعل مع الحوامض القوية محررة الحوامض الضعيفة والأملاح المتعادلة مثال ذلك:

$\mathrm{NaCN}+\mathrm{HCl}\to \mathrm{HCN}+\mathrm{NaCl}$

علل محلول خلات البوتاسيوم المائي قاعدي التأثير؟

لأنه ملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية عند ذوبانه في الماء يتفكك إلى أيون ⁺K وأيون ^-CH3COO ولأن أيون CH3COO قاعدة قرينة قوية نسبياً فإنها تتفاعل مع الماء (تتحلل مائياً) لتكوين أيون ^-OH

$-{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{COO}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{OH}}^{-}$

جواب آخر: بسبب قابلية الأيون السالب على التفاعل مع أيون ⁺H ليتكون حامض ضعيف مما يتسبب نقص في كمية ⁺H فيتأين الماء لسد النقص الحاصل مما يؤدي إلى زيادة في كمية ^-OH فيصبح المحلول قاعدي.

${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{COO}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{OH}}^{-}$

علل تزداد قيمة pH الماء المقطر عند إذابة كمية من KCN فيه؟

لأن سيانيد البوتاسيوم ملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية عند ذوبانه في الماء يتفكك إلى أيون ⁺K وأيون ^- CN ولأن أيون ^- CN قاعدة قرينة قوية نسبياً فإنها تتفاعل مع الماء (تتحلل مائياً) لتكوين أيون الهيدروكسيد وحامض HCN فينخفض تركيز أيون الهيدروجين المائي ويزداد تركيز أيون الهيدروكسيد الناتجة من تأين الماء فيصبح المحلول قاعدي فتزاد pH لأنها تتناسب عكسياً مع قيمة [⁺ H].

${\mathrm{CN}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{HCN}+{\mathrm{OH}}^{-}$

قوانين التحلل المائي لملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية (ملح قاعدي التأثير).

يتضح مما سبق أن عملية التحلل المائي للأيون السالب هي عبارة عن تفاعل الأيون السالب مع الماء ويعد مثل هذا التفاعل نوع من أنواع الاتزان الأيوني ويدعى ثابت الاتزان لهذا التفاعل بثابت التحلل المائي ويرمز له بالرمز K _h.

$$\begin{gathered} {\mathrm{K}}_{\mathrm{h}}=\frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathrm{w}}}}{{\displaystyle {\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}}} \\ p{K}_h=p{k}_w-p{k}_a \end{gathered}$$

p K_h=- log k_h يمثل أس ثابت تحلل الملح.

$p{k}_w=-\log {10}^{-14}$ يمثل أس ثابت الحاصل الأيوني.

pk_a= - logk_a يمثل أس ثابت تفكك الحامض الضعيف.

اشتقاق علاقة تربط بين ثابت التحلل المائي للملح (ثابت التحلل المائي للأيون السالب الذي يمثل القاعدة القرينة للحامض المشتق منه الملح) وثابت تفكك الحامض الضعيف:

$\begin{array}{r}{\mathrm{CN}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{HCN}+{\mathrm{OH}}^{-}\\ \\ {\mathrm{K}}_{\mathrm{h}}=\frac{\left[\mathrm{HCN}\right]\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}{\left[{\mathrm{CN}}^{-}\right]}\end{array}$

بضرب وقسمة قيمتي البسط والمقام ب

$\begin{array}{r}{\mathrm{K}}_{\mathrm{h}}=\frac{\left[\mathrm{HCN}\right]\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]}{\left[\mathrm{CN}\right]\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]}\\ \\ {\mathrm{K}}_{\mathrm{h}}=\frac{\left[\mathrm{HCN}\right]{\mathrm{K}}_{\mathrm{w}}}{\left[\mathrm{CN}\right]\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]}\end{array}$

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}={\mathbf{K}}_{\mathrm{w}}\times \frac{1}{{\mathbf{K}}_{\mathbf{a}}}$

اشتقاق علاقة لإيجاد الهيدروجين أو أيون الهيدروكسيد لمحلول الملح القاعدي.

إن [^-OH] يعود بدرجة كبيرة إلى تفاعل أيون السيانيد مع الماء بمعنى أن [^-OH] القادم من تأين الماء قليل جداً وعليه فإن المعادلة الكيميائية للتحلل المائي للأيون السالب تقود إلى أن

$\left[{\mathrm{CN}}^{-}\right]\approx \left[\mathrm{KCN}\right]\text{ وأن }\left[\mathrm{HCN}\right]\approx \left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]$وبالتعويض بالعلاقة اعلاه نحصل:

$$\begin{gathered} {\mathbf{K}}_h=\frac{{\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}^2}{\left[\mathrm{KCN}\right]} \\ \frac{K_w}{K_{\mathrm{a}}}=\frac{{\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}^2}{\left[\mathrm{KCN}\right]} \\ {\left[{\mathrm{OH}}^2\right]}^2=\frac{{\mathrm{K}}_w}{{\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}}\times \left[\mathrm{KCN}\right] \end{gathered}$$
ومنها يمكن استنتاج العلاقة أدناه وحيث أن:

$[\mathrm{OH}{]}^2=\frac{{\displaystyle {\left(K_w\right)}^2}}{{\displaystyle {\left[{\mathbf{H}}^{+}\right]}^2}}$

$\frac{{\displaystyle {\left(K_{}\right)}^2}}{{\displaystyle {\left[{\mathbf{H}}^{+}\right]}^2}}=\frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{w}}}}{{\displaystyle {\mathbf{K}}_a}}\times \left[\mathrm{KCN}\right]$

${\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]}^2=\frac{{\displaystyle K_w\cdot K_a}}{{\displaystyle \text{ [ }\mathrm{KCN}]}}$

$\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{Kw\cdot Ka}{\left[KCN\right]}}$

$\begin{array}{r}-\log \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=1/2\times -\left(\log \mathrm{kw}+\log {\mathrm{k}}_{\mathrm{a}}-\log \left[\mathrm{KCN}\right]\right)\\ \\ \mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{Pk}}_{\mathrm{w}}+{\mathrm{Pk}}_{\mathrm{a}}+\log \left[\mathrm{C}\right]\right]\end{array}$

علل: ثابت التحلل المائي للملح يتناسب عكسياً مع ثابت تفكك الحامض المشتق منه ذلك الملح؟

لأنه كلما كان الحامض ضعيفاً (Ka مقداراً صغيراً جداً) فإن قاعدته القرينة تكون قوية فتتفاعل مع الماء بمعنى آخر يتحلل الملح مائياً إلى درجة أكبر فيكون K_h مقدار كبير نسبة إلى K_a.

ما قيمة ثابت تحلل ملح خلات البوتاسيوم؟ إذا علمت أن Ka=1.8x10^-5.

ملح خلات البوتاسيوم مشتق من حامض ضعيف CH₃COOH وقاعدة قوية NaOH إذاً.

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{{\mathbf{K}}_{\mathbf{W}}}{{\mathbf{K}}_{\mathbf{a}}}$

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{{\displaystyle 1\times {10}^{-14}}}{{\displaystyle 1.8\times {10}^{-5}}}=5.6\times {10}^{-10}$

احسب قيمة pH محلول خلات الصوديوم تركيزه 0.01M؟ مع العلم أن Ka=1.8x10^-5.

$\begin{array}{r}\mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{pK}}_w+{\mathrm{p}}_{\mathrm{b}}+\log \left[\mathrm{C}\right]\right.\\ \\ \mathrm{pH}=1/2[14+4.74-2]=8.37\end{array}$

احسب تركيز أيون الهيدروكسيد للمحلول المائي لملح KCN إذا علمت Ka=4.9x10^-10 تركيزه 0.1M هل المحلول حامضي أم قاعدي؟

ملح KCNKOH ملح مشتق من قاعدة قوية KOH وحامض ضعيف HCN إذاً:

$\begin{array}{r}\left[{\mathbf{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{Kw\cdot Ka}{\left[\text{ salt }\right]}}\\ \\ \left[{\mathbf{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{{10}^{-14}\times 4.9\times {10}^{-10}}{0.1}}\\ \\ \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=\sqrt{49\times {10}^{-24}}\\ \\ \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=7\times {10}^{-12}\\ \\ \left[{\mathrm{H}}^{+}\right][\mathrm{OH}-]=1\times {10}^{-14}\end{array}$

$\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]=\frac{{\displaystyle 1\times {10}^{-14}}}{{\displaystyle 7\times {10}^{-12}}}=1.43\times {10}^{-3}\mathrm{M}$

المحلول قاعدي لأن.

$\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]>{10}^{-7}\mathrm{M}$

أذيب 4.2g من NaF (M = 42g/ mol) في 2L من الماء النقي، ما قيمة المحلول الناتج؟ مع العلم أن Ka=5x10^-4 و log 5 = 0.7.

$\left[\mathbf{NaF}\right]=\frac{M}{{\displaystyle {\mathbf{M}}_{g/\mathrm{mol}}\times V_L}}$

$\left[\mathrm{NaF}\right]=\frac{4.2\mathrm{g}}{42\mathrm{g}/\mathrm{mol}\times 2\mathrm{L}}=0.05\mathrm{mol}/\mathrm{L}$

$\begin{array}{r}\mathrm{pH}=1/2\left({\mathrm{pk}}_{\mathrm{w}}+{\mathrm{pk}}_{\mathrm{a}}+\log \left[\mathrm{C}\right]\right)\\ \\ \mathrm{pH}=1/2\left[-\log {\mathrm{k}}_{\mathrm{w}}+\left(-\log {\mathrm{k}}_{\mathrm{a}}\right)+\log \left[\mathrm{c}\right]\right.\\ \\ \mathrm{pH}=1/2(14+3.3-1.3)⟹\mathrm{pH}=1/2\times 16⟹\mathrm{pH}=8\end{array}$

احسب تركيز محلول لملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية فيه تركيز أيون الهيدروجين 1x10^-8M وثابت تحلله المائي 1x10^-10.

$\begin{array}{r}p{K}_h=p{k}_{\mathrm{w}}-p{\mathrm{k}}_{\mathrm{a}}\\ \\ -\log 1\times {10}^{-10}=14-p{\mathrm{k}}_{\mathrm{a}}\\ \\ 10=14-{\mathrm{Pk}}_{\mathrm{a}}\\ \\ {\mathrm{pk}}_{\mathrm{a}}=4\\ \\ \mathrm{pH}=-\log \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]\\ \\ \mathrm{pH}=-\log {10}^{-8}\\ \\ \mathrm{pH}=8\\ \\ \mathrm{pH}=1/2{\mathrm{pk}}_{\mathrm{w}}+{\mathrm{pkk}}_{\mathrm{a}}+\log \left[\mathrm{C}\right]\\ \\ 8=1/2[14+4+\log [\mathrm{C}\left]\right]\end{array}$

بضرب طرفي المعادلة ب 2.

$\begin{array}{r}16=14+4+\log \left[C\right]\\ \\ \log \left[C\right]=-2\\ \\ \left[C\right]={\log }^{-1}-2\\ \\ \left[C\right]=0.01\mathrm{M}\end{array}$

الطريقة الثانية:

$$\begin{gathered} {\mathrm{K}}_{\mathrm{h}}=\frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathrm{w}}}}{{\displaystyle {\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}}} \\ 1\times {10}^{-10}=\frac{1\times {10}^{-14}}{K_a} \\ {K}_a=1\times {10}^{-4} \\ \left[{\mathbf{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{Kw\cdot Ka}{\left[\text{ salt }\right]}} \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} 1\times {10}^{-8}=\frac{{\displaystyle {10}^{14}\times 1\times {10}^{-4}}}{{\displaystyle \text{ [ salt ] }}} \\ 1\times {10}^{-16}=\frac{{\displaystyle {10}^{14}\times 1\times {10}^{-4}}}{\text{ [ salt ] }} \\ \text{ [ salt ] }=0.01\mathrm{M} \end{gathered}$$

فائدة:

أولاً عند إذابة ملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية في الماء فإن p^H الماء تزداد باعتبار الملح ذو تأثير قاعدي ويمكن استخدام العلاقة التالية لإيجاد مقدار التغير في الدالة الحامضية أو الدالة الحامضية للمحلول بعد إضافة الماء.

$\mathrm{\Delta pH}=(\mathrm{pH}{)}_2-(\mathrm{pH}{)}_1$

• $\mathrm{\Delta }\mathbf{pH}$: تمثل التغير في الدالة الحامضية للماء.
• $(\mathbf{pH}{)}_1$: تمثل الدالة الحامضية للماء وتساوي 7.
• $(\mathbf{pH}{)}_2$: تمثل الدالة الحامضية للمحلول بعد إضافة الماء.
• تمثل الدالة الحامضية للمحلول بعد إضافة الماء.

ثانياً إن إضافة أي مادة لها تأثير قاعدي فإن مقدار التغير في الدالة الحامضية للماء أو للمحلول الأصلي موجب.

أذيب 0.2mole من CH₃COOK في لتر واحد من الماء النقي فتغيرت pH الماء بمقدار وحدتين احسب ثابت تحلل الملح.

$\begin{array}{r}\mathrm{\Delta pH}=(\mathrm{pH}{)}_2-(\mathrm{pH}{)}_1\\ \\ 2=(\mathrm{pH}{)}_2-7\Rightarrow (\mathrm{pH}{)}_2=9\\ \\ \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]={10}^{-\mathrm{PH}}\Rightarrow \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]={\mathbf{10}}^{-9}\mathrm{M}\end{array}$

$\left[{\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOK}\right]=\frac{\mathrm{nmol}}{\mathrm{VL}}=0.2\mathrm{mol}/\mathrm{L}$

$\left[{\mathbf{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{Kw\cdot Ka}{\left[\text{ salt }\right]}}$

$1\times {10}^{-9}=\sqrt{\frac{{10}^{14}\times K_a}{0.2}}$

بتربيع طرفي المعادلة وحل المعادلة نحصل على:

$$\begin{gathered} K_a=2\times {10}^{-5} \\ {\mathrm{K}}_{\mathrm{h}}= \frac{{\displaystyle \text{ kw }}}{{\displaystyle {\mathbf{K}}_a}} \\ {K}_h=5\times {10}^{-10} \end{gathered}$$

pOH محلول 0.01M لأحد الأملاح تساوي 6 احسب Pk_a الإلكتروليت الضعيف المشتق منه ذلك الملح؟

pOH + pH = 14
pH = 8

إذاً الملح مشتق من حامض ضعيف وقاعدة قوية.

$\begin{array}{r}\mathrm{pH}=1/2\left[p{k}_w+p{k}_a+\log \left[C\right]\right.\\ \\ 8=1/2\left[14+p{k}_a+\log {10}^{-2}\right]\\ \\ 8=1/2\left[14+p{k}_a-2\right]\end{array}$

بضرب طرفي المعادلة ب 2

$\begin{array}{r}16=14+P{k}_a-2\\ \\ {\mathrm{pk}}_{\mathrm{a}}=4\end{array}$

بين أيهما يتحلل أكثر، فورمات الصوديوم HCOONa أم سيانيد الصوديوم NaCN؟ ولماذا؟

kaHCN=4.9x10^-10

Ka HCOOH=1.7x10^-4

سيانيد الصوديوم.

$$\begin{gathered} {\mathrm{K}}_{\mathrm{hNaCN}}=\frac{{\displaystyle K_w}}{{\displaystyle {\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}\mathrm{HCN}}} \\ {\mathrm{K}}_{\mathrm{hNaCN}}=2\times 1{0^{-5}}^{} \end{gathered}$$

فورمات الصوديوم.

$$\begin{gathered} {\mathrm{K}}_{\mathrm{h}\text{ HCOONa }}=\frac{{\displaystyle K_w}}{{\displaystyle {\mathrm{K}}_{\mathrm{aHCOOH}}}} \\ {K}_{\mathrm{h}\text{ HCOONa }}=6\times {10}^{-11} \end{gathered}$$

نلاحظ أن قيمة Kh_NaCN أكبر من قيمة KhHCOONa وعليه فإن NaCN يتحلل أكثر.

محلولان تركيزيهما متساويان ويساوي 0.2M أحدهما لملح دالته القاعدية تساوي 5 والآخر لإلكتروليت ضعيف مشتق منه الملح احسب درجة تفكك الإلكتروليت الضعيف في محلوله.

بالنسبة للمحلول الملحي:

pOH + pH = 14
pH = 9

$$\begin{gathered} \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{K_w{K}_a}{\left[C\right]}} \\ 1\times {10}^{-9}=\sqrt{\frac{{10}^{14}\times K_a}{0.2}} \\ 1\times {10}^{-18}=\frac{{\displaystyle {10}^{-14}\times K_a}}{{\displaystyle 0.2}} \\ {K}_a=2\times {10}^{-5} \end{gathered}$$

بالنسبة للإلكتروليت الضعيف (الحامض الضعيف):

$$\begin{gathered} \mathrm{HA} \rightleftharpoons {\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{A}}^{-} \\ 0.2 0 0 \\ 0.2-X\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }X\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }\mathit{ }X \end{gathered}$$

${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}=\frac{\left[{\mathrm{H}}^{+}\right][\mathrm{A}-]}{\left[\mathbf{HA}\right]}$

$$\begin{gathered} 2\times {10}^5=\frac{{\displaystyle \begin{array}{r}\mathrm{X} \mathrm{x} \mathrm{X}\end{array}}}{{\displaystyle 0.2}} \\ X=2\times {10}^{-3} \end{gathered}$$

• درجة تأين = $\frac{[ \mathrm{المتاين} ]}{[ \mathrm{التركيز} \mathrm{الاصلي} ]}$
• درجة تأين = $0.01=\frac{{\displaystyle 0.002}}{{\displaystyle 0.2}}$

ثالثاً: الأملاح المشتقة من الحوامض القوية والقواعد الضعيفة خصائصها:

1. عند ذوبانها في الماء تتفكك إلى أيونات موجبة للقاعدة الضعيفة وأيونات سالبة للحامض القوي.
2. يكون المحلول الناتج ذو صفة حامضية بسبب قابلية الأيون الموجب على التفاعل مع الماء لتكوين القاعدة الضعيفة غير المتأينة إضافة إلى أيون الهيدروجين فيضطرب الاتزان الموجود بين أيون الهيدروجين وأيون الهيدروكسيد وبالنتيجة زيادة تركيز أيون الهيدروجين في المحلول ويصبح المحلول حامضياً.
3. الدالة الحامضية للمحلول أقل من 7 دائماً.

يمكن كتابة التحلل بمعادلة واحدة:

${{\mathrm{NH}}_4}^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$

ويمكن التعرف على هذا النوع من الأملاح من خلال:

• الأيون الموجب يعود لقاعدة ضعيفة والأيون السالب يعود لحامض قوي.
• قيمة الدالة الحامضية لهذا النوع من الأملاح أقل من 7 دائماً.
• معرفة ثابت التحلل المائي للأيون الموجب.
• إن ذوبانه في الماء يسبب انخفاضاً في قيمة PH الماء.
• تتفاعل مع القواعد القوية محررة القواعد الضعيفة والأملاح المتعادلة.

${\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}+\mathrm{KOH}\to {\mathrm{NH}}_4\mathrm{OH}+\mathrm{KCl}$

علل: المحلول المائي لكلوريد الانلينيوم C₆H₅NH₃Cl حامضي؟

لأنه ملح مشتق من حامض قوي وقاعدة ضعيفة عند ذوبانه في الماء يتفكك إلى أيون ⁺C₆H₅NH₃ وأيون ولأن أيون ⁺C₆H₅NH₃ حامض قرين قوي نسبياً فإنه يتفاعل مع الماء لتكوين الأنلين إضافة إلى أيون الهيدروجين فيضطرب الاتزان الموجود بين أيون الهيدروجين وأيون الهيدروكسيد وبالنتيجة زيادة تركيز أيون الهيدروجين في المحلول ويصبح المحلول حامضياً.

$\begin{array}{r}{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5{\mathrm{NH}}_3\mathrm{Cl}\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5{{\mathrm{NH}}_3}^{+}+{\mathrm{Cl}}^{-}\\ \\ {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5{{\mathrm{NH}}_3}^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5{\mathrm{NH}}_2+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\end{array}$

علل: تنخفض القيمة العددية ل PH الماء النقي عند إذابة نترات الأمونيوم NH₄NO₃ فيه؟

لأنه ملح مشتق من حامض قوي وقاعدة ضعيفة عند ذوبانه في الماء يتفكك إلى أيوني ⁺NH₄ و NO₃ و ⁺NH₄ حامض قرين قوي نسبياً فإنه يتفاعل مع الماء لتكوين الأمونيا إضافة إلى أيون الهيدروجين وبالنتيجة زيادة تركيز أيون الهيدروجين في المحلول وجعله حامضياً، فتنخفض قيمة pH الماء لأن ال pH تتناسب عكسياً مع قيمة تركيز أيون الهيدروجين.

$\begin{array}{r}{\mathrm{NH}}_4{\mathrm{NO}}_3\to {\mathrm{NH}}_4^{+}+{\mathrm{NO}}_3\\ \\ {\mathrm{NH}}_4^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\end{array}$

قوانين التحلل المائي لملح مشتق من حامض قوي وقاعدة ضعيفة (ملح حامضي التأثير).

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{{\mathbf{K}}_{\mathbf{w}}}{{\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}}$

$$\begin{gathered} \left[{\mathbf{H}}^{+}\right]=\sqrt{\left[\mathrm{C}\right]\times \frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{w}}}}{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}}}} \\ pH=1/2\left[p{k}_w-p{k}_b-\log \left[C\right]\right] \\ p{\mathbf{k}}_{\mathbf{b}}=-\log {\mathbf{k}}_{\mathbf{b}} \end{gathered}$$

أس ثابت تفكك القاعدة الضعيفة:

اشتقاق علاقة تربط بين ثابت تحلل الأيون الموجب للملح مع ثابت تفكك القاعدة الضعيفة المشتق منها الملح.

حسب المعادلة ${\mathrm{NH}}_4^{+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{NH}}_3+{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$ فإن:

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{\left[{\mathrm{H}}_3{\mathbf{O}}^{+}\right]\left[{\mathbf{NH}}_3\right]}{\left[{\mathbf{NH}}_4^{+}\right]}$

ولكن:

$\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]=\frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{w}}}}{{\displaystyle \left[\mathrm{OH}\right]}}$

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{{\displaystyle {\mathrm{K}}_w\left[{\mathrm{NH}}_3\right]}}{{\displaystyle \left[{\mathrm{NH}}_4^{+}\right]\left[\mathrm{OH}\right]}}$

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_w}}{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}}}$ -------(2)

اشتقاق علاقة لإيجاد تركيز أيون الهيدروجين في محاليل هذا الصنف من الأملاح:

وحيث ان:

${\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}=\frac{{\displaystyle \left[{\mathbf{H}}^{+}\right]\left[{\mathbf{NH}}_3\right]}}{{\displaystyle \left[{\mathrm{NH}}_4^{+}\right]}}$

إن تركيز أيون الهيدرونيوم (الهيدروجين) يعود بدرجة كبيرة إلى تفاعل أيون الأمونيوم مع الماء بمعنى إن تركيز أيون الهيدرونيوم القادم من تأين الماء قليل جداً وعليه فإن المعادلة الكيميائية للتحلل المائي للأيون الموجب تقود إلى أن: $\left[{\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}\right]\approx \left[{\mathrm{NH}}_4^{+}\right]\text{وإن }\left[{\mathrm{NH}}_3\right]\approx \left[{\mathrm{H}}^{+}\right]$

وبالتعويض في العلاقة أعلاه نحصل:

${\mathbf{K}}_h=\frac{{\left[{\mathrm{H}}^{+}\right]}^2}{\left[{\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}\right]}$

وبالتعويض في المعادلة رقم (2) نحصل:

$$\begin{gathered} \frac{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{w}}}}{{\displaystyle {\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}}}=\frac{{\displaystyle {\left[{\mathbf{H}}^{+}\right]}^2}}{{\displaystyle \left[{\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}\right]}} \\ \left[{\mathbf{H}}^{+}\right]=\sqrt{\frac{{\displaystyle {\mathrm{Kw}}_{\mathrm{w}}\cdot \left[{\mathrm{NH}}_4\mathrm{Cl}\right]}}{{\displaystyle K_b}}} \\ \mathrm{pH}=1/2\left[p{\mathrm{pK}}_w-{\mathrm{pK}}_{\mathrm{b}}-\log \left[\text{ Salt }\right]\right. \end{gathered}$$

كم هي قيمة pH محلول كلوريد الأمونيوم تركيزه 0.2mol؟ Ka=1.8x10^-5.

كلوريد الأمونيوم ملح مشتق من قاعدة ضعيفة NH₃ وحامض قوي HCl

$\begin{array}{r}\left.\mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{pk}}_w-p{k}_b-\log \left[C\right]\right]\right]\\ \\ \mathrm{pH}=1/2[14-4.74-(-0.7)=4.98\end{array}$

احسب pOH محلول نترات الأمونيوم (pK_{b NH3} = 4.74) بتركيز 0.5M ثم بين هل إن المحلول حامضي أم قاعدي؟

$\begin{array}{r}\mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{pk}}_{\mathrm{w}}-{\mathrm{pk}}_{\mathrm{b}}-\log \left[\mathrm{C}\right]\right]\\ \\ \mathrm{pH}=1/2[14-4.74+0.3]\\ \\ \mathrm{pH}=4.78\\ \\ \mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14\\ \\ \mathrm{pOH}=14-4.78=9.22\end{array}$

المحلول ذو تأثير حامضي لأن $\mathrm{pH}<7$

فائدة:

أولاً عند إذابة ملح مشتق من حامض قوي وقاعدة ضعيفة في الماء فإن pH الماء تنخفض باعتبار الملح ذو تأثير حامضي ويمكن استخدام العلاقة التالية لإيجاد مقدار التغير في الدالة الحامضية أو الدالة الحامضية للمحلول بعد إضافة الماء.

$\mathrm{\Delta pH}=(\mathrm{pH}{)}_2-(\mathrm{pH}{)}_1$ تمثل التغير في الدالة الحامضية للماء.

$(\mathbf{pH}{)}_1$ تمثل الدالة الحامضية للماء وتساوي 7.

ثانياً إن إضافة أي مادة لها تأثير حامضي فإن قيمة مقدار التغير في الدالة الحامضية للماء أو للمحلول الأصلي سالبة.

ما تركيز نترات المثيل أمونيوم CH₃NH₃NO₃ التي عند إضافة 10ml منها إلى 0.5l من الماء تتغير قيمة pH الماء بمقدار وحدة واحدة علماً أن pH لمحلول 1M مثيل أمين = 12

أولاً: حسابات إيجاد K_b لمثيل أمين:

pH + pOH = 14
pOH = 14 – 12 = 2

$\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]={100}^{-\mathrm{POH}}\Rightarrow \left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]={100}^{-2}$

$$\begin{gathered} {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{NH}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}{\to \mathrm{CH}}_3{\mathrm{NH}}_3^{+}+\mathrm{OH} \\ 1 0 0 \\ 1-0.01 0.01 0.01 \end{gathered}$$

${\mathrm{K}}_{\mathrm{b}}=\frac{\left[{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{NH}}_3^{+}\right]\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}{\left[{\mathrm{CH}}_3{\mathrm{NH}}_2\right]}$

${\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}=\frac{{\displaystyle \left[1^{-2}\right]\left[1^{-2}\right]}}{{\displaystyle \text{ [1] }}}=-{10}^{-4}$

ثانياً: حسابات لإيجاد تركيز المحلول الملحي بعد إضافتها للماء CH₃NH₃NO₃ ملح مشتق من حامض قوي وقاعدة ضعيفة.

$\begin{array}{r}\begin{array}{c}\mathrm{\Delta pH}=(\mathrm{pH}{)}_2-(\mathrm{pH}{)}_1\\ \\ -1={\mathrm{pH}}_2-7\\ \end{array}\\ \mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{pk}}_{\mathrm{w}}-{\mathrm{pk}}_{\mathrm{b}}-\log \left[\mathrm{C}\right]\right]\\ \\ {\mathrm{pK}}_{\mathrm{b}}=-\log {\mathrm{K}}_{\mathrm{b}}⟶{\mathrm{pk}}_{\mathrm{b}}=-\log {10}^{-4}\\ \\ {\mathrm{Pk}}_{\mathrm{b}}=4\end{array}$

$\begin{array}{r}6=1/2[14-4-\log [\mathrm{C}\left]\right]\\ \\ 12=10-\log \left[\mathrm{C}\right]\\ \\ \log \left[\mathrm{C}\right]=-2\\ \\ \left[\mathrm{C}\right]={\log }^{-1}-2\\ \\ \left[\mathrm{C}\right]=0.01\mathrm{M}\\ \\ {\mathrm{M}}_1{\mathrm{V}}_1={\mathrm{M}}_2{\mathrm{V}}_2\\ \\ 10\mathrm{mL}\times {\mathrm{M}}_1=510\mathrm{mL}\times 0.01\mathrm{M}\\ \\ {\mathrm{M}}_1=0.51\mathrm{mol}/\mathrm{L}\end{array}$

ما عدد مولات ملح يلزم إذابته في ربع ما عدد مولات ملح يلزم إذابته في ربع لتر من الماء المقطر لكي تنخفض pH الماء بمقدار ثلاث وحدات؟ علماً أن K_h=1x10^-9 للملح.

$\begin{array}{r}{\mathbf{K}}_{\mathbf{h}}={\mathbf{K}}_{\mathbf{w}}/{\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}\\ \\ K_b={10}^{-5}\Rightarrow p{k}_b=-\log {10}^{-5}\\ \\ p_{k_b}=5\\ \\ \mathrm{\Delta pH}=(\mathbf{pH}{)}_2-(\mathbf{pH}{)}_1\\ \\ -3={\mathrm{PH}}_2-7\Rightarrow \mathrm{pH}=4\\ \\ \mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{pk}}_{\mathrm{w}}-{\mathrm{pk}}_{\mathrm{b}}-\log \left[\mathrm{C}\right]\right]\\ \\ 4=1/2[14-5-\log [C\left]\right]\\ \\ \begin{array}{r}\log \left[C\right]=1\Rightarrow \left[C\right]={\log }^{-1}1\\ \\ \left[C\right]=10\mathrm{M}\\ \\ n=M\times V\mathrm{L}\\ \\ n=10\times 0.25=2.5\mathrm{mol}\end{array}\end{array}$

احسب pH محلول حجمه نصف لتر يحتوي 0.08mole من ملح كلوريد البريديوم C₅H₅NHCl ثم بين طبيعة المحلول؟ K_h=1.6x10^-9

$\left[{\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_5\mathrm{NHCl}\right]=\frac{\text{ n mole }}{\mathrm{VL}}=0.16\mathrm{M}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{Pk}}_{\mathrm{b}}=-\log 1.6\times {10}^{-9}\\ \\ {\mathrm{Pk}}_{\mathrm{b}}=8.79\\ \\ \mathrm{pH}=1/2\left[{\mathrm{pk}}_{\mathrm{w}}-{\mathrm{pk}}_{\mathrm{b}}-\log \left[\mathrm{C}\right]\right]\\ \\ \mathrm{pH}=1/2[14-8.79+0.79]\\ \\ \mathrm{pH}=3\end{array}$

المحلول ذو تأثير حامضي لأن $\mathbf{pH}<7$