ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم الأول الاتزان الأيوني

أهداف التعلم

1. تعريف الإلكتروليتات وتصنيفها إلى قوية، ضعيفة، وغير إلكتروليت.
2. شرح مفهوم التفكك (التأين) ودرجة التفكك (α).
3. كتابة معادلة التوازن الأيوني للحمض الضعيف وتحديد ثابت التفكك (K).
4. استنتاج علاقة ثابت التفكك بتركيز المحلول وتفسير تأثير التخفيف على α.
5. تعريف حاصل الضرب الأيوني للماء (Kw) وعلاقته بدرجة الحرارة.
6. حساب قيمة الـpH وpOH باستخدام تركيز أيونات الهيدروجين أو الهيدروكسيد.
7. تطبيق مفهوم الاتزان الأيوني على مسائل واقعية (محاليل أحماض/قواعد ضعيفة).
8. ربط مفهوم التوصيل الكهربائي بعدد الأيونات الحرة في المحلول.

---

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

1. تفكك حمض الهيدروكلوريك (إلكتروليت قوي)

HCl → H⁺ + Cl⁻

نوع التفاعل: تحلل كامل (كامل التفكك)
الشروط: ماء، درجة حرارة عادية، لا حاجة لعامل مساعد.
الملاحظة: توصيل كهربائي عالي.

2. تفكك هيدروكسيد الصوديوم (إلكتروليت قوي)

NaOH → Na⁺ + OH⁻

نوع التفاعل: تحلل كامل.
الشروط: ماء، درجة حرارة عادية.
الملاحظة: محلول قاعدي قوي، توصيل كهربائي عالي.

3. تفكك حمض الأسيتيك (إلكتروليت ضعيف)

CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺

نوع التفاعل: توازن تفكك (اتزان أَيوني).
الشروط: ماء، درجة حرارة ثابتة.
الملاحظة: توصيل كهربائي ضعيف؛ يعتمد على درجة التفكك α.

ثابت التفكك (Kₐ) للحمض الضعيف

Kₐ = [CH₃COO⁻][H⁺] ÷ [CH₃COOH]

حيث:

• [CH₃COO⁻] = c·α
• [H⁺] = c·α
• [CH₃COOH] = c·(1−α) ≈ c (لأن α << 1)

وبالتالي تقريبًا:

Kₐ ≈ c·α²

4. تفكك الأمونيا (قواعد ضعيفة)

NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻

نوع التفاعل: توازن تفكك.
الشروط: ماء، درجة حرارة 25°C (قيمة Kb معطاة).
الملاحظة: توصيل كهربائي ضعيف؛ ينتج أيونات OH⁻.

ثابت القاعدة (K_b) للأمونيا

K_b = [NH₄⁺][OH⁻] ÷ [NH₃]

5. تفكك الماء (حاصل الضرب الأيوني)

H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻

نوع التفاعل: توازن ضعيف (Kw).
الشروط: درجة حرارة 25°C (Kw = 1.0×10⁻¹⁴).
الملاحظة: تركيز أيونات H⁺ و OH⁻ متساويان في الماء النقي (1.0×10⁻⁷ مول/ل).

حاصل الضرب الأيوني للماء

Kw = [H⁺][OH⁻]

6. علاقة الـpH والـpOH بـ Kw

pH = −log₁₀[H⁺]
pOH = −log₁₀[OH⁻]
pH + pOH = 14   (عند 25°C)

---

الخواص والتركيب (الموضوع الأول)

---

التطبيقات والاستخدامات (الموضوع الثاني)

1. الإشارات العصبية – تعتمد على حركة أيونات Na⁺ و K⁺ عبر أغشية الخلايا.
2. محاليل الملح الطبية – تحتاج إلى تركيز أيوني مضبوط لتجنب اضطراب التوازن الأيوني في الجسم.
3. البطاريات والخلايا الكهروكيميائية – تعتمد على انتقال أيونات لتوليد التيار.
4. التحليل الكهربائي الصناعي – يستخدم الإلكتروليتات القوية لتقليل مقاومة التيار وزيادة كفاءة التحليل.
5. تحديد حموضة/قلوية المياه – عبر قياس pH باستخدام ثابت Kw.

---

جدول مقارنة

---

مسائل محلولة

مسألة 1

المعطى: محلول حمض الأسيتيك 0.10 مول/ل، درجة التفكك α = 0.016.
المطلوب: حساب الـpH (دقة إلى منزلة عشرية).

الحل:

1. تركيز أيون H⁺ = c·α = 0.10 × 0.016 = 0.0016 مول/ل.
2. pH = −log₁₀[H⁺] = −log₁₀(1.6×10⁻³) = −(log₁₀1.6 + log₁₀10⁻³) ≈ −(0.204 + (−3)) = 2.796 ≈ 2.8.

مسألة 2

المعطى: محلول أمونيا 0.020 مول/ل عند 25°C، ثابت القاعدة K_b = 1.8×10⁻⁵، Kw = 1.0×10⁻¹⁴.
المطلوب: (أ) حساب درجة التفكك α. (ب) حساب تركيز أيون OH⁻ ثم الـpH.

الحل:

1. نفترض α صغيرًا → K_b ≈ c·α².
   α = √(K_b ÷ c) = √(1.8×10⁻⁵ ÷ 0.020) = √(9×10⁻⁴) = 0.03.
2. تركيز OH⁻ = c·α = 0.020 × 0.03 = 6.0×10⁻⁴ مول/ل.
3. pOH = −log₁₀[OH⁻] = −log₁₀(6.0×10⁻⁴) ≈ 3.22.
4. pH = 14 − pOH = 14 − 3.22 = 10.78.

---

تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. خلط الذوبان مع التأين: الذوبان لا يعني بالضرورة تكوين أيونات؛ الجلوكوز يذوب لكنه غير مؤين.
2. استخدام ثابت التفكك K كمتغير: K يعتمد فقط على درجة الحرارة ولا يتغير مع التركيز.
3. إهمال تقريب 1−α≈1: يجب التأكد من أن α فعلاً << 1 قبل استعمال هذا التقريب.
4. نسيان تأثير درجة الحرارة على Kw: ارتفاع الحرارة يزيد من قيمة Kw، وبالتالي يقل الـpH للماء النقي.

---

قائمة المراجعة (قبل الامتحان)

• [ ] تعريف الإلكتروليتات وتصنيفها.
• [ ] كتابة معادلة التفكك للحمض والقاعدة الضعيفة.
• [ ] معرفة صيغة ثابت التفكك K وعلاقته بالتركيزات.
• [ ] القدرة على تبسيط K عندما α << 1.
• [ ] حساب α من K و c باستخدام الصيغة α = √(K/c).
• [ ] معرفة حاصل الضرب الأيوني للماء (Kw) وعلاقته بالـpH والـpOH.
• [ ] حساب الـpH من تركيز H⁺ والعكس.
• [ ] تحويل pOH إلى pH باستخدام العلاقة pH + pOH = 14 (عند 25°C).
• [ ] فهم تأثير التخفيف على درجة التفكك للحمض/القاعدة الضعيفة.
• [ ] ربط التوصيل الكهربائي بعدد الأيونات الحرة.
• [ ] تمييز بين الذوبان والاتزان الأيوني في مسائل الاختيار من متعدد.
• [ ] مراجعة تأثير درجة الحرارة على Kw وفق مبدأ لوشاتليه.

---

جميع المعادلات دفعة واحدة

HCl → H⁺ + Cl⁻
NaOH → Na⁺ + OH⁻
CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺
Kₐ = [CH₃COO⁻][H⁺] ÷ [CH₃COOH] ≈ c·α²
NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
K_b = [NH₄⁺][OH⁻] ÷ [NH₃] ≈ c·α²
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻
Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0×10⁻¹⁴ (عند 25°C)
pH = −log₁₀[H⁺]
pOH = −log₁₀[OH⁻]
pH + pOH = 14
α = √(K ÷ c)   (للمواد الضعيفة)
[H⁺] = c·α   (للحمض الضعيف)
[OH⁻] = c·α   (للقاعدة الضعيفة)

---

بالتوفيق في امتحاناتك!