محاليل الحموض القوية

Strong Acids Solutions

ترتبط قوة الحموض بقدرتها على التأين في الماء، وهذا ما يعرف بقوة الحمض.

الحموض القوية (HCl , HBr , HI , HNO₃ , HClO₄) تتأين كلياً في الماء؛ وعند إضافة الحمض إلى الماء ينزاح الاتزان في معادلة تأين الماء نحو اليسار، فيقل تركيز OH^- مع بقاء قيمة K_w ثابتة.

H₂O_(l) +  H₂O_(l)  $\rightleftharpoons$  H₃O⁺_(aq)  +  OH^-_(aq)

عند إضافة حمض قوي إلى الماء يكون للهيدرونيوم في المحلول مصدران، هما:

1. التأين الذاتي للماء، وتهمل قيمته لضآلته.
2. الحمض المضاف، ويعتبر المصدر الرئيس لأيونات H₃O⁺ في المحلول؛ لأن الحمض القوي يتفكك كلياً. 

لذا عند حساب [H₃O⁺] في محاليل الحموض القوية، نعتبر أن [H₃O⁺] مصدره الحمض فقط، وتركيزه مساوٍ لتركيز الحمض قبل التأين.

أي أن:

[H₃O⁺] = [acid]

مثال (1):

أحسب تركيز H₃O⁺ وتركيز OH^- في محلول يحتوي على 1 x 10^-3 M من حمض الهيدروبروميك HBr .

الحل:

معادلة تأين الحمض:

HBr  +  H₂O  →  H₃O⁺  +  Br^-

[H₃O⁺] = [HBr] = 1 x 10^-3 M

[H₃O⁺] [OH^-] = 1 x 10^-14 K_w =

[OH^-] = $\frac{{\mathrm{K}}_{\mathrm{w}}}{\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}$ = $\frac{1 \mathrm{x} {10}^{{-}^{14}}}{1 \mathrm{x} {{10}^{-}}^3}$ = 1 x 10^-11 M

مثال (2):

محلول حمض HNO₃ يبلغ [NO₃^-] فيه 1 x 10^-2 M، فما تركيز محلول الحمض؟

الحل:

معادلة تأين الحمض:

HNO₃  +  H₂O  →  H₃O⁺  +  NO₃^-

[H₃O⁺] = [NO₃^-] = [HNO₃] = 1 x 10^-2 M

مثال (3):

أحسب تركيز H₃O⁺ وتركيز OH^- في محلول جرى تحضيره بإذابة 0.02 mol من حمض البيركلوريك HClO₄ في 400 mL من الماء.

الحل:

معادلة تأين الحمض:

HClO₄  +  H₂O  →   H₃O⁺  +  ClO₄^-

أحسب تركيز الحمض من عدد مولاته وحجم محلوله:

M =  $\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{V}}$ =  $\frac{0.02 \mathrm{mol}}{0.4 \mathrm{L}}$  = 5 x 10^-2 M

[H₃O⁺] = [HClO₄] = 5 x 10^-2 M

[H₃O⁺] [OH^-] = 1 x 10^-14 K_w =

[OH^-] = $\frac{{\mathrm{K}}_{\mathrm{w}}}{\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}$ = $\frac{1 \mathrm{x} {10}^{{-}^{14}}}{5 \mathrm{x} {{10}^{-}}^2}$ = 0.2 x 10^-12 M

مثال (4):

أي المحلولين الآتيين أكثر حمضية:

محلول حمض HClO₄ تركيزه M 1.5 x 10^-2 أم محلول حمض HBr الذي تركيزهM  3 x 10^-2    

الحل:

الحمضان قويان، ويتفككان كلياً في الماء، وعليه فإن:

[H₃O⁺] = [HClO₄] = 1.5 x 10^-2 M

[H₃O⁺] = [HBr] = 3 x 10^-2 M

وبما أن تركيز محلول الحمض HBr أكبر من تركيز محلول الحمض HClO₄ ، فإن محلول الحمض HBr أكثر حمضية.

مثال (5):

أحسب تركيز H₃O⁺ وتركيز OH^- في محلول تم تحضير بإذابة 12.7 g من HI في 500 mL الماء.

إذا علمت أن الكتلة المولية لـ HI = 127 g/mol،= 1 x 10^-14   K_w.

الحل:

أحسب عدد مولات الحمض (n) في المحلول:

n =  $\frac{\mathrm{m}}{Mr}$ = $\frac{12.7 \mathrm{g}}{127 \mathrm{g}/\mathrm{mol}}$ = 0.1 mol

أحسب تركيز الحمض (M) في المحلول:

M = $\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{V}}$ = $\frac{0.1 \mathrm{mol}}{0.5 \mathrm{L}}$ = 0.2 M

معادلة تأين الحمض:

HI  +  H₂O   →  H₃O⁺  +  I^-

[H₃O⁺] = [HI] = 0.2 M

[H₃O⁺] [OH^-] = 1 x 10^-14 K_w =

[OH^-] = $\frac{{\mathrm{K}}_{\mathrm{w}}}{\left[{\mathrm{OH}}^{-}\right]}$ =  $\frac{1 \mathrm{x} {10}^{{-}^{14}}}{2 \mathrm{x} {{10}^{-}}^1}$ = 0.5 x 10^-13 M

مثال (6):

كأس تحتوي على  400 mLمن الماء النقي، أضيف إليها 0.2 mol من حمض HCl . أحسب التغير الذي طرأ على تركيز H₃O⁺ عند إضافة الحمض إلى الماء النقي (أهمل التغير في الحجم).

الحل:

في الماء النقي يكون:

[H₃O⁺] = 1 x 10^-7 M

عند إضافة الحمض القوي HCl إلى الماء النقي يهمل تركيز أيونات H₃O⁺ القادمة من الماء النقي لضآلتها، وتحسب فقط من الحمض المضاف.

أحسب تركيز الحمض (M) في المحلول:

M =  $\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{V}}$ = $\frac{0.2 \mathrm{mol}}{0.4 \mathrm{L}}$ = 0.5 M

معادلة تأين الحمض:

HCl  +  H₂O  →  H₃O⁺  +  Cl^-

[H₃O⁺] = [HCl] = 0.5 M

التغير في تركيز H₃O⁺ من 1 x 10^-7 M إلى 5 x 10^-1  .