ثابت یونش شیمی دوازدهم چیست

آخرین بروزرسانی 18 مهر 1405 توسط تیم محتوا

برای پاسخ به پرسش «ثابت یونش شیمی دوازدهم چیست»، باید از رفتار اسیدها و بازها در آب شروع کرد: برخی مواد تقریباً به‌طور کامل به یون تبدیل می‌شوند، اما اسیدها و بازهای ضعیف فقط بخشی از مولکول‌های خود را یونیده می‌کنند و میان گونه‌های واکنش‌دهنده و فرآورده تعادل برقرار می‌شود. کتاب شیمی (۳) پایه دوازدهم نیز مبحث اسید و باز را در فصل نخست و در پیوند با رفتار مواد شوینده و پاک‌کننده‌ها مطرح می‌کند. (کتاب درسی شیمی دوازدهم)

برای نمونه، یونش اسید ضعیف تک‌پروتونی HA در آب چنین نوشته می‌شود:

باز ضعیف B نیز با گرفتن پروتون از آب، یون هیدروکسید تولید می‌کند:

علامت تعادل دوطرفه مهم است؛ زیرا نشان می‌دهد یونش کامل نیست. بنابراین در مسائل اسید و باز ضعیف، باید غلظت‌های تعادلی را از روی مقدار اولیه و میزان یونش به‌دست آوریم، نه اینکه غلظت اسید را یک‌باره صفر فرض کنیم.

ثابت یونش (Ka) چیست و چه چیزی را نشان می‌دهد؟

ثابت یونش اسیدی یا  ka، نوعی ثابت تعادل برای واکنش یونش اسید در آب است و نشان می‌دهد تعادل تا چه اندازه به سمت تولید یون‌های H3O+ و A- پیش رفته است. برای اسید ضعیف تک‌پروتونی HA ، با حذف آب مایع از عبارت ثابت تعادل داریم:

براساس توضیح آموزشی فرادرس، ثابت یونش برخلاف ثابت تعادل عمومی، به‌طور مشخص برای یونش اسیدها و بازها در محلول به‌کار می‌رود و ابزاری برای سنجش قدرت نسبی آن‌هاست. (مجله فرادرس؛ تفاوت ثابت تعادل و ثابت یونش)

در نوشتن Ka باید ضرایب استوکیومتری به‌صورت توان ظاهر شوند. برای اسیدهای چندپروتونی، هر مرحله یونش ثابت جداگانه‌ای دارد؛ معمولاً Ka1>ka2  است، چون جدا کردن پروتون‌های بعدی از ذره‌ای با بار منفی دشوارتر می‌شود. در سطح مسائل شیمی دوازدهم، تشخیص واکنش درست و جای‌گذاری غلظت‌های تعادلی از حفظ کردن فرمول مهم‌تر است.

مقایسه قدرت اسیدی با مقدار ثابت یونش

در دمای یکسان، هرچه Ka بزرگ‌تر باشد، سهم یونیده‌شده اسید بیشتر و قدرت اسیدی آن بالاتر است. برعکس، Ka کوچک‌تر یعنی تعادل بیشتر سمت مولکول یونیده‌نشده قرار دارد. اگر از pKa استفاده شود، رابطه زیر برقرار است:

پس اسیدی که pKa کوچک‌تری دارد، قوی‌تر است. توجه کنید مقایسه قدرت اسیدی با مقایسه غلظت محلول یکی نیست: محلول رقیق‌تر ممکن است یون هیدرونیوم کمتری داشته باشد، اما اسید حل‌شده در آن ذاتاً قوی‌تر باشد. همچنین مقدار Ka در دمای معین به ماهیت اسید و محیط وابسته است، نه به مقدار اولیه‌ای که از اسید در ظرف ریخته‌ایم.

جدول مقایسه ثابت یونش اسید و باز

نکته کنکوری: برای یک جفت اسید و باز مزدوج در محلول آبی و دمای ۲۵ درجه سلسیوس، رابطه زیر برقرار است:

K_a × K_b = K_w = 10⁻¹⁴

بنابراین هرچه K_a اسید بزرگ‌تر باشد، K_b باز مزدوج آن کوچک‌تر خواهد بود.

ثابت یونش بازها (Kb)

برای باز ضعیف B، ثابت یونش بازی یا Kb از رابطه زیر به‌دست می‌آید:

بنابراین هرچه Kb بزرگ‌تر باشد، باز تمایل بیشتری به واکنش با آب و تولید یون OH- دارد. برای یک جفت اسید و باز مزدوج در دمای ۲۵ درجه سلسیوس، رابطه مهم زیر در مسائل دبیرستانی کاربرد دارد:

که در آن Kw ثابت یونش آب است و در ۲۵ درجه سلسیوس معمولاً برابر 1.0 * 10-14 در نظر گرفته می‌شود. در نتیجه، اگر Ka اسید مزدوج را داشته باشیم، می‌توانیم Kb باز مزدوج را از Kb=Kw/Ka محاسبه کنیم.

رابطه ثابت یونش با درجه یونش (α) و غلظت اولیه (M)

فرض کنید غلظت اولیه اسید ضعیف تک‌پروتونی HA برابر M و درجه یونش آن برابر  باشد. در این صورت در تعادل:

و غلظت اسید یونیده‌نشده برابر است با:

با جای‌گذاری در فرمول Ka، رابطه اصلی به‌دست می‌آید:

اگر درجه یونش بسیار کوچک باشد، می‌توان 1-a را تقریباً برابر ۱ گرفت:

پس فرمول محاسبه درجه یونش اسید ضعیف چنین است:

و درصد یونش از رابطه %”یونش”=100α محاسبه می‌شود. این نتیجه یک نکته مهم دارد: با کاهش غلظت اولیه، درجه یونش افزایش می‌یابد؛ اما این به معنی تغییر قدرت ذاتی اسید یا تغییر Ka نیست.

روش حل سریع مسائل اسیدهای ضعیف بدون معادله درجه دو

در بیشتر مسائل پُراستفاده اسید ضعیف، جدول تغییر غلظت را بنویسید و مقدار یونش را  بگیرید:

در نتیجه:

اگر اسید واقعاً ضعیف باشد و x در برابر M کوچک باشد، M-x≈M  و داریم:

از آنجا که x=[H_3 O^+ ] ، برای محاسبه اسیدیته ابتدا  را پیدا کنید و سپس بنویسید:

pH=-log[H_3 O^+ ]

مثال: اگر K_a=1.0×〖10〗^(-5)  و  M=0.10 مولار باشد،

پس pH≈3 و درجه یونش برابر α=〖10〗^(-3)/0.10=〖10〗^(-2) ، یعنی حدود یک درصد است. در پایان، اعتبار تقریب را کنترل کنید: اگر درصد یونش حدود ۵ درصد یا کمتر باشد، تقریب معمولاً قابل قبول است؛ در غیر این صورت باید معادله دقیق K_a=x^2/(M-x) را حل کرد.

دام‌های تستی مبحث Ka در کنکورهای سراسری اخیر

در تست‌های این مبحث، بیشترین خطا از بی‌دقتی مفهومی می‌آید، نه از دشواری فرمول. این موارد را کنترل کنید:

۱. اشتباه گرفتن قدرت اسید با غلظت: Ka ویژگی تعادلی اسید در دمای مشخص است؛ زیاد بودن غلظت محلول، اسید را ذاتاً قوی‌تر نمی‌کند.

۲. فراموش کردن توان‌ها: در اسیدی مانند H2A ، واکنش و عبارت ثابت یونش باید براساس همان مرحله و ضرایب آن نوشته شود؛ نمی‌توان فرمول اسید تک‌پروتونی را بدون بررسی به‌کار برد.

۳. جابه‌جایی M و x : در تقریب اسید ضعیف،  x=KaM غلظت یون هیدرونیوم است، اما α=x/M درجه یونش است. این دو را یکی نگیرید.

۴. محاسبه نادرست pH : ابتدا [H_3 O^+ ] را به‌دست آورید و سپس لگاریتم بگیرید؛ ph برابر Ka یا برابر غلظت اولیه نیست.

۵. بی‌توجهی به دما و اسید مزدوج: رابطه K_a K_b=K_w را با ثابت درست و برای یک جفت مزدوج به‌کار ببرید. منابع آموزشی معتبر نیز ثابت یونش را شاخص میزان یونش و قدرت نسبی اسید یا باز معرفی می‌کنند؛ بنابراین تحلیل واکنش پیش از جای‌گذاری عددی ضروری است. (مجله فرادرس)

همچنین اگر شیمی دوازدهم میخوانید مقاله “حفاظت کاتدی چیست شیمی دوازدهم” برای شما مناسب است.

منابع

۱. سازمان پژوهش و برنامه‌ریزی آموزشی. شیمی (۳) پایه دوازدهم، دوره دوم متوسطه، چاپ هفتم، ۱۴۰۳. نسخه PDF کتاب درسی

۲. فرادرس. فرق ثابت تعادل و ثابت یونش چیست؟ – به زبان ساده + مثال، ۱۴۰۴/۱۱/۲۱. متن آموزشی