الاتزان في محاليل القواعد الضعيفة

Equilibrium of Weak Bases

• تتأين القواعد الضعيفة في الماء جزئياً في الماء، ويعبر عن ثابت الاتزان لمحاليل القواعد الضعيفة بدلالة ثابت تأين القاعدة الضعيفة (K_b).
• ينزاح الاتزان في محاليل القواعد الضعيفة جهة اليسار (نحو المتفاعلات)، وهذا يعني أن الحمض المرافق الناتج من تأين القاعدة له قدرة على منح بروتون لإعادة تكوين المتفاعلات.
• يكون تركيز القاعدة أعلى بكثير من تراكيز الأيونات الناتجة عن تأينها.

فإذا رمزنا للقاعدة الضعيف بالرمز B ، فإن معادلة تأين القاعدة تكتب كالآتي:

B  +  H₂O  $\rightleftharpoons$  HB⁺  +  OH^-

يعبر عن ثابت تأين القاعدة الضعيفة كالآتي:

K_b = $\frac{\left[{\mathrm{HB}}^{+}\right] \left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}{\left[\mathrm{B}\right]}$

ولكل قاعدة ضعيفة ثابت تأين عند درجة (25^oC)، ويستخدم:

1- لمقارنة قدرة القاعدة على التأين.

2- حساب تركيز OH^- في محلول القاعدة الضعيفة.

ولمقارنة قاعدتين ضعيفتين:

بزيادة قيمة K_b للقاعدة، يزداد تأينها في الماء، فيزداد تركيز أيون الهيدركسيد في محلولها، ويقل تركيز أيون الهيدرونيوم في محلولها، وتزداد قيمة pH في محلولها.

الحسابات في محاليل القواعد الضعيفة

لنرفض أن لدينا قاعدة ضعيفة ولنرمز لها بالرمز (B).

أكتب قانون ثابت تأين القاعدة:

أعوض التراكيز عند الاتزان:

وبالضرب التبادلي تصبح العلاقة:

x² = K_b . y

وبأخذ جذر الطرفين نحسب قيمة (x) والتي تساوي تركيز أيون الهيدروكسيد.

x = $\sqrt{{\mathrm{K}}_{\mathrm{b}} . y}$

وعليه يمكن إطلاق التعميم التالي:

سؤال (1) :

يبين الجدول التالي قيم ثوابت التأين (K_b) لبعض القواعد الضعيفة عند درجة 25 ^oC، أدرس الجدول ثم أجيب عن الأسئلة التي تليه:

1. أكتب صيغة القاعدة الأقوى، وصيغة حمضها المرافق.
2. أكتب صيغة الحمض المرافق في محلول القاعدة الأضعف.
3. أيهما يكون تركيز أيون OH^- فيه أعلى: محلول الأمونيا أم محلول البيريدين (لهما التركيز نفسه)؟
4. أيهما أعلى قيمة pH محلول ميثيل أمين، أم محلول الهيدرازين (إذا كانا بالتركيز نفسه)؟
5. أي القاعدتين أكثر تأيناً في الماء: N₂H₄ أم C₅H₅N ؟
6. هل تتوقع أن تكون قيمة pH لمحلول الأمونيا الذي تركيزه 0.001 M أكبر أم أقل من 11؟ أفسر إجابتي.

سؤال (2) :

يبين الجدول التالي قيم ثوابت التأين (K_b) لقاعدتين، أجيب عن الأسئلة الآتية:

1. أي القاعدتين أقوى؟
2. في أي محلولي القاعدتين يكون تركيز أيون الهيدروكسيد أعلى؟
3. أي محلولي القاعدتين أعلى pH ؟

سؤال (3) :

يبين الجدول المجاور [OH^-] لبعض القواعد الضعيفة، فإذا كان لديك محاليل متساوية التركيز من تلك القواعد فأجيب عن الأسئلة التالية:

1. أكتب صيغة القاعدة الأقوى؟
2. أكتب صيغة الحمض المرافق في محلول القاعدة الأضعف.
3. أرتب محاليل القواعد الموجودة في الجدول حسب قيمة pH .
4. أي محلولي القاعدتين: NH₃ أم CH₃NH₂ يمتلك [H₃O⁺] أعلى؟
5. أي القواعد تمتلك أقل ثابت تأين K_b ؟
6. أي القواعد المذكورة في الجدول أكثر تأيناً في الماء؟
7. أي محاليل تلك القواعد يمتلك قيمة pOH أعلى؟

سؤال (4) :

البيريدين قاعدة ضعيفة، تتأين في الماء وفق المعادلة:

C₅H₅N _(aq)   +   H₂O _(l)   $\rightleftharpoons$  C₅H₅NH⁺ _(aq) +  OH^- _(aq)

فإذا علمت أن ثابت تأين القاعدة= 1.6 x 10^-9  K_b ، أحسب قيمة (pH) لمحلول 0.01 M منه.

علماً أن: K_w = 1 x 10^-14 , log 4 = 0.6 , log 0.25 = -0.6

سؤال (5) :

أحسب كتلة الأمونيا NH₃ اللازم إذابتها في الماء لتحضير محلول حجمه 400 mL ورقمه الهيدروجيني 12 علماً أن قيمة K_b للأمونيا = 2 x 10^-5 .

(الكتلة المولية للأمونيا = 17 g/mol K_w = 1 x 10^-14 ,)

سؤال (6) :

كم مولاً من الهيدرازين N₂H₄ يلزم لتحضير محلول حجمه 0.2 L، ورقمه الهيدروجيني 10.9،

علماً بأن K_b للهيدرازين = 1 x 10^-6، log 1.25 = 0.1 , K_w = 1 x 10^-14

سؤال (7) :

محلول القاعدة الضعيفة B تركيزها 1 M، وتركيز أيون OH^- في محلولها 4 x 10^-3 M ، أحسب قيمة pH لمحلول تركيزه 0.01 M من القاعدة B .

علماً أن log 0.25 = -0.6 , K_w = 1 x 10^-14

سؤال (8) :

يبيّن الجدول الآتي عدداً من محاليل القواعد الافتراضية الضعيفة متساوية التركيز 0.1 M وقيم pH لها، أدرسه ثمّ أجيب عن الأسئلة التي تليه:

1. أي القاعدتين أقوى: Y أم Q ؟
2. أكتب معادلة تفاعل B^- مع الماء.
3. أي قواعد الجدول يمتلك قيمة K_b أقل؟
4. كم تبلغ قيمة K_b للقاعدة M ؟ (log 5 = 0.7 , K_w = 1 x 10^-14)
5. أي قواعد الجدول يتفاعل بدرجة أكبر مع الماء؟

سؤال (9) :

يبين الجدول أدناه الرقم الهيدروجيني pH لعدد من المحاليل والتي مثلت بالرموز F-A :

أي المحاليل في الجدول أعلاه يمكن أن يكون محلولاً لـ :

1. حمض النتريك HNO₃ بتركيز 1 M.
2. حمض CH₃COOH بتركيز 0.2 M (log 2 = 0.3 , K_a = 2 x 10^-5)
3. هيدروكسيد البوتاسيوم KOH بتركيز 1 M.
4. محلول N₂H₄ تركيزه 0.01 M . (K_b = 1 x 10^-6)

سؤال (10) :

يبين الجدول الآتي بعض القواعد الضعيفة برموزٍ افتراضية، وبتركيز 0.1 M لكل منها. أجيب عن الأسئلة التي تليه:

1. أحسب قيمة pH لمحلول القاعدة D .
2. أكتب صيغة الحمض المرافق للقاعدة الأضعف.
3. أي محاليل القواعد تمتلك أعلى قيمة للرقم الهيدروجيني pH ؟
4. أي قواعد الجدول يتأين بدرجةٍ أقل في الماء؟
5. أحدد صيغ الدقائق الموجودة في محلول Q عند الاتزان.
6. أحسب قيمة pH في محلول للقاعدة Q تركيزها 0.4 M.

سؤال (11) :

أرتب محاليل المواد التالية تصاعدياً حسب زيادة قيمة pH إذا كانت تراكيزها متساوية:
HNO₃ ، HF (K_a = 6.8 x 10^-4)، KOH ، N₂H₄ (K_b = 1.7 x 10^-6)، CH₃NH₂ (K_b = 6.8 x 10^-4)  H₂CO₃ (K_a = 4.3 x 10^-7).