از شوینده تا سنجش اسیدیته
پایهٔ ۱۲ · فصل ۱گونهٔ شیمیایی را پیش از فرمول پیدا کن.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
چربیها بخشهای هیدروکربنی بزرگ و عمدتاً ناقطبی دارند؛ آب قطبی با این بخشها برهمکنش مناسبی برای حل کردن فراوان آنها ندارد. صابون دارای بخش یونی آبدوست و دنباله هیدروکربنی آبگریز است. این دوگانگی به آن امکان میدهد میان آب و چربی ارتباط برقرار کند. صابون را یک مولکول سراسر قطبی یا سراسر ناقطبی تصور نمیکنیم.
صابون سر یونی آبدوست و دنباله هیدروکربنی آبگریز دارد؛ همکاری این دو بخش به پاککنندگی کمک میکند.
در محیط آبی مناسب، دنبالههای آبگریز شوینده میتوانند به بخش چرب رو کنند و سرهای آبدوست با آب در تماس باشند. این آرایش به پراکنده شدن و جدا شدن چربی از سطح کمک میکند. حرکت و آبکشی هم در پاکشدن نقش دارند. تصویر تجمع شوینده مدل مفهومی است؛ مولکولها میخهای ثابت روی یک کره صلب نیستند.
در تجمع پیرامون چربی در آب، دنبالهها به چربی و سرهای آبدوست به آب بیرون رو میکنند.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
یونهای Ca²⁺ و Mg²⁺ در آب سخت میتوانند با آنیون صابون نمک کممحلول بسازند و بخشی از شوینده را از دسترس خارج کنند. در نتیجه کف و پاککنندگی صابون کاهش مییابد. بعضی شویندههای غیرصابونی به دلیل ساختار متفاوت گروه قطبی، عملکرد مناسبتری در آب سخت دارند. هر شوینده غیرصابونی را نباید بدون شناخت ساختار و محیط، بیاثر بر محیط زیست دانست.
کلسیم میتواند نمک کممحلول صابون بسازد و صابون مؤثر را از محلول خارج کند؛ کف و پاککنندگی کاهش مییابد.
محلول در مقیاس مولکولی یا یونی همگن است. در کلوئید ذرههای پراکنده بزرگترند و میتوانند نور را پراکنده کنند؛ در سوسپانسیون ذرهها معمولاً درشتترند و امکان تهنشینی بیشتر است. شفافیت و تهنشینی دو مشاهدهاند، نه تعریف یکسان هر سه. برای طبقهبندی، اندازه نسبی ذره و رفتار پراکندگی را با هم بررسی میکنیم.
ذرههای کلوئیدی از ذرههای محلول واقعی بزرگترند و میتوانند نور را پراکنده کنند؛ ظاهر یکنواخت این تفاوت را حذف نمیکند.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
در چارچوب آرنیوس، اسید غلظت هیدرونیوم و باز غلظت هیدروکسید را در آب افزایش میدهد. H⁺(aq) نمایش سادهشده است و حضور پروتون در محیط آبی با H₃O⁺ توضیح داده میشود. آمونیاک با گرفتن پروتون از آب OH⁻ ایجاد میکند؛ لازم نیست هر باز در فرمول اولیه خود OH داشته باشد. برای شناسایی رفتار، واکنش با آب را نگاه میکنیم.
آمونیاک با آب واکنش میدهد و NH₄⁺ و OH⁻ میسازد؛ لازم نیست OH از ابتدا در فرمول باز باشد.
قدرت اسید با میزان یونش آن در شرایط قابل مقایسه ارتباط دارد؛ غلظت مقدار اسید در حجم محلول است. اسید قوی رقیق و اسید ضعیف غلیظ هر دو ممکناند. برای اسید قوی تکپروتونی رقیق، اگر سهم یونش آب ناچیز باشد، غلظت H₃O⁺ تقریباً برابر غلظت تحلیلی اسید است. در اسید ضعیف، همه مولکولها یونیده نمیشوند.
غلظت مقدار اسید در حجم است، اما قدرت به تعادل یونش مربوط است؛ اسید ضعیف غلیظ نیز ممکن است.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
درجه یونش α نسبت مقدار یونیده به مقدار اولیه ماده است و بین صفر و یک قرار میگیرد. برای HA تکپروتونی، در مدل ساده و با سهم ناچیز آب، [H₃O⁺]=Cα است. در تعادل اسید ضعیف، رفتوبرگشت واکنش ادامه دارد، ولی غلظتها ثابت میمانند. ثابت ماندن غلظت به معنی متوقف شدن تبادل ذرهها نیست.
در تعادل، سرعت رفت و برگشت برابر است؛ واکنشهای میکروسکوپی ادامه دارند و فقط مقدارهای ماکروسکوپی ثابتاند.
برای HA+H₂O⇌H₃O⁺+A⁻، در مدل محلول رقیق Kₐ=[H₃O⁺][A⁻]/[HA] است. برای محلول HA در آب بدون یون مشترک افزوده و با سهم ناچیز خودیونش آب، اگر x مقدار یونش از C اولیه باشد، Kₐ=x²/(C−x). تنها وقتی x در برابر C کوچک باشد میتوان مخرج را C گرفت. Kₐ در دمای معین ویژگی تعادل آن اسید است؛ رقیق کردن غلظتها و درجه یونش را تغییر میدهد، نه Kₐ را در همان دما.
کنار گذاشتن x نیازمند کوچک بودن x/C است؛ ضعیف بودن اسید بدون بررسی غلظت، تقریب را تضمین نمیکند.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
در آب، H₃O⁺ و OH⁻ به هم وابستهاند. در ۲۵ درجه سلسیوس Kw≈۱۰⁻¹⁴ و برای محلولهای رقیق pH≈−log[H₃O⁺] است. در همین دما pH+pOH≈۱۴ و محلول خنثی pH≈۷ دارد. خنثی بودن در اصل برابری غلظت دو یون است؛ عدد ۷ به دما وابسته است.
خنثی بودن یعنی برابری هیدرونیوم و هیدروکسید؛ مقدار pH خنثی با Kw و دما تغییر میکند و در بیستوپنج درجه تقریباً هفت است.
در واکنش اسید قوی و باز قوی، H₃O⁺ و OH⁻ به نسبت ۱:۱ خنثی میشوند. اما نسبت مولی خود اسید و باز به تعداد یون مؤثر هر فرمول بستگی دارد. ابتدا مول اسید و باز را حساب و مقدار اضافی را تعیین میکنیم؛ سپس بر حجم نهایی تقسیم و pH را مییابیم. میانگین گرفتن مستقیم از pH دو محلول درست نیست.
باید مول یونهای مؤثر را مقایسه کرد؛ حتی حجم برابر HCl و NaOH با غلظتهای متفاوت لزوماً خنثی نمیشود و نمک اسید یا باز ضعیف هم میتواند pH را تغییر دهد.
یک لکه چربی را در مرکز و آب را در اطراف تصور کن. دنبالههای آبگریز میتوانند رو به لکه و سرهای آبدوست رو به آب قرار بگیرند. به این ترتیب سطح بیرونی تجمع با آب سازگارتر میشود و جدا شدن چربی از سطح آسانتر میشود.
در خواندن شکل، جهت سر و دنباله را با نام محیط کنترل کن. در محیط آبی، سر یونی بیرون و رو به آب است. حرکت دادن و آبکشی نیز به جدا کردن آلودگی کمک میکند؛ تشکیل تجمع شوینده را به معنی نابود شدن اتمهای چربی یا تبدیل کامل آن به آب ندان.
در تجمع شوینده پیرامون لکه چربی در آب، سر آبدوست به کدام سمت است؟
پاسخ تشریحی: رو به محیط آبی؛ دنبالههای آبگریز بیشتر رو به بخش چرب قرار میگیرند.
غلظت میگوید چه مقدار اسید در حجم معین ریختهایم. قدرت اسید درباره میزان تمایل آن به یونش در شرایط مناسب است. یک محلول میتواند مقدار زیادی اسید ضعیف داشته باشد و محلول دیگر مقدار کمی اسید قوی؛ این دو صفت مستقلاند.
در دو محلول همغلظت از اسیدهای تکپروتونی، اسیدی که بیشتر یونیده میشود معمولاً هیدرونیوم بیشتری میدهد. اما اگر غلظتها متفاوت باشند، فقط از نام قوی یا ضعیف نمیتوان pH را مرتب کرد. ابتدا غلظت تحلیلی و سپس میزان یونش را به کار ببر.
آیا اسید ضعیف الزاماً محلول کمغلظت دارد؟
پاسخ تشریحی: خیر؛ قدرت و غلظت دو مفهوم مستقلاند.
در ۲۵ درجه سلسیوس، ۲۰ mL محلول ۰٫۱۰ mol/L از HCl با ۲۰ mL محلول ۰٫۱۰ mol/L از NaOH مخلوط میشود. pH را بیابید.
جواب نهایی: pH=۷ در ۲۵ درجه سلسیوس.
در اختلاط اسید قوی و باز قوی، عدد pH را مستقیماً وارد استوکیومتری نمیکنیم. pH را به غلظت و سپس مول یون تبدیل میکنیم، واکنش خنثیشدن را انجام میدهیم و فقط برای یون باقیمانده دوباره به pH برمیگردیم. برای اسید یا باز ضعیف، این الگوریتم مستقیم بهتنهایی کافی نیست.
۵۰٫۰ mL HCl ۰٫۱۰۰ mol/L با ۳۰٫۰ mL NaOH ۰٫۱۰۰ mol/L در ۲۵°C مخلوط میشود. pH نهایی را بیاب.
فرضها: هر دو قوی و تکظرفیتی، تفکیک و خنثیشدن کامل و حجمها جمعپذیرند.
جواب نهایی: pH≈۱٫۶۰.
چرا آب بهتنهایی چربی را بهخوبی پاک نمیکند؟
پاسخ: به دلیل تفاوت قطبیت و نامناسب بودن برهمکنش آب با بخش بزرگ ناقطبی چربی.
چرا آب سخت میتواند کارایی صابون را کم کند؟
پاسخ: با تشکیل نمکهای کممحلول کلسیم یا منیزیمِ صابون، مقدار صابون مؤثر کاهش مییابد.
چگونه NH₃ بدون داشتن OH در فرمولش محلول بازی میسازد؟
پاسخ: NH₃+H₂O⇌NH₄⁺+OH⁻؛ با آب واکنش میدهد و غلظت OH⁻ را افزایش میدهد.
اگر α=۰٫۰۲ باشد، چند درصد مولکولهای اولیه یونیده شدهاند؟
پاسخ: ۲ درصد؛ α×۱۰۰.
در ۲۵ درجه، اگر [H₃O⁺]=۱۰⁻³ mol/L باشد pH و [OH⁻] چیست؟
پاسخ: pH=۳ و [OH⁻]=۱۰⁻¹¹ mol/L.
این صفحه برای جستوجوی «جزوه شیمی دوازدهم فصل ۱»، «نکات ناب شیمی» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.