تفكك الماء – اشتقاق القانون pH + pOH =14

 – في هذا الموضوع سيتم مناقشة تفكك الماء Dissociation of water – اشتقاق القانون pH + pOH =14 وكذلك أهم القوانين المتعلقة بالموضوع.

تفكك الماء Dissociation of water

– تعتمد جميع تفاعلات التعادل في المحاليل المائية على اتحاد أيونات الهيدروجين مع أيونات الهيدروكسيل لتكوين الماء.

– يتأين الماء بدوره إلى أيونات الهيدروجين والهيدروكسيل على النحو الآتي كما يلي:

 – وبتطبيق قانون فعل الكتلة فإن ثابت التأين والذي يرمز له بـ K يعطى بالعلاقة كما يلي:

اشتقاق القانون pH + pOH =14

– يكون ثابت التأين للماء مساوياً K = 1.8 × 10^-16 عند درجة الحرارة 25 C^o

– وحيث أن تركيز الماء فى المحاليل المخففة كبير جداً بالنسبة لتركيز المذيبات الأخرى ، لذا يمكن اعتبار أن تركيز الماء ثابتاً ومساوياً لتركيزه في الماء المقطر أي 1000/18 ويساوي 55.5 مول/لتر ولا يتغير هذا التركيز بصورة ملحوظة إلا فى التراكيز المرتفعة.

– ويمكن دمج تركيز الماء الثابت في ثابت التأين فتصبح العلاقة كما يلي:

– يسمى الثابت K_w ثابت الحاصل الأيوني للماء وتساوي قيمة عند 25 C^o كما يلي:

K_w = 1.8  × 10^-16  × 55.5
=  1 × 10^-14

 – وحيث أن تفكك الماء هو تفاعل ماص للحرارة فإن ثابت الحاصل الأيوني للماء يزداد بارتفاع درجة الحرارة.

– فعند درجة حرارة 60 C^o فإن قيمة ثابت الحاصل الأيوني للماء مساوية 1 × 10^-13 وفي درجة حرارة 100 C^o تكون قيمته مساوية  4.9 × 10^-13

– وفي الماء النقي وعند درجة حرارة 25 C^o يكون تركيز أيون الهيدروجين مساوياً لتركيز أيون الهيدروكسيد كما يلي:

– إذا زاد تركيز ايونات الهيدروجين عن تركيز ايونات الهيدروكسيل فإن المحلول يكون حامضياً.

– إذا زاد تركيز ايونات الهيدروكسيل عن تركيز أيونات الهيدروجين فأن المحلول يكون قاعدياً.

– وإذا تساوي تركيز أيونات الهيدروجين مع تركيز ايونات الهيدروكسيل فأن المحلول يكون قاعدياً كما يلي:

وبأخذ اللوغاريتم السالب لطرفي معادلة ثابت الحاصل الأيوني للماء نحصل على المعادلة الآتية كمايلي:

 – وبما أن – log = p  فأن المعادلة تصبح كما يلي:

                        pk_w = pH + pOH

 – وحيث أن  K_w =  1 × 10^-14 عند درجة 25 C^o وبأخذ اللوغاريتم السالب للطرفين فأن pk_w = 14   ومنها نحصل على المعادلة المهمة جداً كما يلي:

– تجب الملاحظة أن القيمة العددية لثابت الحاصل الأيوني للماء لا تتغير بإضافة حمض أو قاعدة، ولكن تتغير فقط التراكيز الجزيئية لأيونات الهيدروجين والهيدروكسيل بحيث يبقى حاصل ضربها ثابتاً ويساوي K_w

قوانين مهمة عن تفكك الماء

– يمكن تلخيص القوانين السابقة كما يلي:

مسائل محلولة على تفكك الماء

مثال: احسب تركيز أيون الهيدروجين والرقم الهيدروجينى للماء النقي عند الدرجة 25 C^o وعند الدرجة 100 C^o ؟

الحل:

– أن كل أيونات الهيدروجين والهيدروكسيل الموجودة فى الماء النقي ناتجة من تفكك الماء ولهذا فإن تراكيزها تكون متساوية.

– ويمكن حسابها من ثابت التاين الحاصل الأيوني للماء الذي يساوي 1 × 10^-14 عند درجة حرارة 25 C^o  ويساوي 4.9 × 10^-13 عند درجة حرارة 100 C^o

(a) At 25 C^o :

(b) At 100 C^o:

 

(1418 – 1997) المراجع :  التحليل الكيميائي الكمي التقليدي لطلاب الكليات والجامعات . محمد أحمد آشى- عبد الغني حمزة – توفيق عميره – عبد العزيز حمزة – عبد العزيز السباعي – أحمد عشي ، الطبعة الثانية