Back to chapter

16.9:

معايرة حمض بوليبروتيك

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Titration of a Polyprotic Acid

Languages

Share

يحتوي الحمض متعدد البروتونات على العديد من البروتونات القابلة للتأين،ويتفكك كل منها في خطوة منفصلة. تختلف قيمة Ka عند فقدان كل بروتون،ويكون ثابت التفكك لكل حمض تالي أضعف منه في الحمض الذي يسبقه. على سبيل المثال،يحتوي حمض الكبريتوز على بروتونين اثنين قابلين للتأين.قيمة Ka1 لتفكك البروتون الأول هي 1.6 10-²،بينما قيمة Ka2 لتفكك البروتون الثاني هي 6.4 10⁻⁸. إذا جرت معايرة حمض الكبريتوز مع قاعدة قوية،مثل هيدروكسيد الصوديوم،فإن البروتون الأول القابل للتأين يُزال أولًا،مكونًا أيونات كبريتات الهيدروجين. هذا الجزء من منحنى المعايرة،يشبه منحنى حمض ضعيف أحادي البروتون وقاعدة قوية.تكون نقطة تكافؤه وقيمة pH للمحلول عند نقطة نصف-التكافؤ مساوية لقيمة pKa1. عند إضافة مزيد من القاعدة،فإنها تحيّد البروتون الثاني القابل للتأين. بما أن تركيز أيونات كبريتات الهيدروجين يساوي تركيز حمض الكبريتوز الأولي،يحتاج تحييده إلى قيمة مساوية من القاعدة.لذلك من الضروري وجود مولين اثنين من القاعدة لتحييد مول واحد من حمض ثنائي البروتون،كليًا. منحنى المعايرة لخطوة التحييد الثانية هو الآخر فيه نقطة نصف-تكافؤ ثانية،تتساوى عندها قيمة pH للمحلول مع قيمة pKa2،وفيه نقطة تكافؤ ثانية تقع في منطقة القاعدة. وعلى نحو مشابه،فإن منحنى المعايرة لحمض الفوسفوريك ثلاثي البروتون مع قاعدة قوية،تمر بثلاث نقاط تكافؤ.لذلك فأثناء معايرة حمض ضعيف متعدد البروتون،يكون عدد نقاط التكافؤ التي تنشأ في منحنى المعايرة،يساوي عدد البروتونات القابلة للتأين التي تتواجد،طالما كان الفرق بين قيم Ka للبروتونات القابلة للتأين أكبر من عشرة آلاف ضعف.

16.9:

معايرة حمض بوليبروتيك

يحتوي حمض البوليبروتيك على أكثر من هيدروجين مؤين ويخضع لعملية تأين متدرجة.   إذا كانت ثوابت التفكك الحمضي للبروتونات المؤينة تختلف بشكل كافٍ عن بعضها البعض، فإن منحنى المعايرة لهذا الحمض متعدد البروتينات يولد نقطة التكافؤ لكل من الهيدروجين المؤين الخاص به. لذلك، ينتج عن معايرة الحمض ثنائي البروتونات تكوين نقطتي تكافؤ، بينما ينتج عن معايرة حمض التريبروتيك تكوين ثلاث نقاط تكافؤ على منحنى المعايرة.

حمض الكربونيك، H2CO3، هو مثال على حمض ثنائي البروتيك ضعيف. ينتج عن التأين الأول لحمض الكربونيك أيونات الهيدرونيوم وأيونات البيكربونات بكميات صغيرة.

التأين الأول:

Eq1

يمكن أن يعمل أيون البيكربونات أيضًا كحمض. يؤين ويشكل أيونات الهيدرونيوم وأيونات الكربونات بكميات أقل.

التأين الثاني:

Eq2

Ka1 أكبر من Ka2 بمعامل 104. لذلك، عندما تتم معايرة H2CO3 بقاعدة قوية مثل NaOH، فإنها تنتج نقطتي تكافؤ مختلفتين لكل هيدروجين مؤين.

يتأين حمض الفوسفوريك، وهو حمض ثلاثي البروتيك، في ثلاث خطوات:

التأين الأول:

Eq3

التأين الثاني:

Eq4

التأين الثالث:

Eq5

عندما تتم معايرة H3PO4 بقاعدة قوية مثل KOH، فإنها تنتج ثلاث نقاط تكافؤ لكل هيدروجين مؤين. ومع ذلك، نظراً لأن HPO42− هو حمض ضعيف جداً، فإن نقطة التكافؤ الثالثة لا يمكن تمييزها بسهولة على منحنى المعايرة.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 14.5: Polyprotic Acids.