مفهوم معايرة حمض القاعدة
معايرة الحمض القاعدي هي خاصية تجريبية تستخدم للحصول على معلومات عن محلول يحتوي على قاعدة أو حمض. وتستخدم هذه العملية في تحديد المئات من المركبات العضوية وغير العضوية .
يتم تحديد خصائص المركبات الحمضية والأساسية عند استخدام الأتنها، حيث يتم معايرة الحمض باستخدام القاعدة، وتعاير القاعدة باستخدام الحمض، وغالباً ما يتم اكتشاف نقطة النهاية من خلال إضافة مؤشر .
عملية معايرة الحمض القاعدي هي عملية كمية لتحليل القواعد والأحماض، حيث يتم استخدامها لتحييد قاعدة أو حمض بتركيز غير معروف بواسطة حمض أو قاعدة ذو تركيز معروف .
تتم مراقبة وملاحظة تقدم المعايرة عن طريق أقطاب الأس الهيدروجيني أو المؤشرات المرئية أو كليهما معًا، وتُعد نقطة تكافؤ التفاعل هي تلك النقطة التي لديها المعاير الذي يعادل القاعدة أو الحمض في التحليل غير المعروف .
عند معرفة تركيز وحجم المعاير، يتم ذلك عند نقطة التكافؤ ويتم حساب تركيز الحمض أو القاعدة وفقا لأنواع المعايرة المستخدمة، ويحدث ذلك في المحلول المجهول .
شروط معايرة حمض القاعدة
معايرة حمض القاعدة لها شروط ومنها :
- يتم تحديد تركيز القاعدة أو الحمض بتحييد تام له باستخدام قاعدة أو حمض آخر له تركيز معروف .
- “نقطة التكافؤ هي النقطة التي يكون فيها مولات المعايرة متساوية لمولات القاعدة أو الحمض داخل العينة، وهي الكمية الصغرى من المعاير المطلوبة لإجراء تفاعل مع المادة التحليلية أو تحييدها بشكل كامل .
- يتم تحليل المحلول المجهول عند تحديد تركيزه في المعايرة باستخدام التحليل الحجمي .
- يتم إضافة محلول معياري معروف، سواء كان قاعدة أو حمض، خلال عملية المعايرة .
اعداد معايرة القاعدة
تتضمن معايير الحمض القاعدي إجراء بعض التجارب التي يتم استخدامها لتحديد تركيز قاعدة أو حمض غير معروف عن طريق تحديد ذلك بدقة باستخدام قاعدة أو حمض له تركيز معروف .
يسمح التحليل الكمي بحل التركيز المجهول واستخدام معايرة الحمض القاعدي لتحديد درجة نقاء هذه المواد الكيميائية .
تتضمن المعايرة الحمضية القاعدية استخدام محلول غير معروف لعدد معين من مكافئات الحمض أو القاعدة في الدورق، ويتم استخدام السحاحة لمعايرتها بحيث يتم عرض حجم أقرب إلى 0.001 سم3 .
يتم ملء محلول حمض قاعدة أو قلوي باستخدام تركيز محدد، ثم يتم إضافة كمية صغيرة من السحاحة، وعند نقطة النهاية للتفاعل، تؤدي قطرة واحدة من هذا المحلول إلى تغيير لون المؤشر بشكل دائم .
يشير ذلك إلى اقتراب نقطة التكافؤ، وبعد التحريك يختفي اللون الذي يفترضه المؤشر بعد التعادل، ويتم تسجيل الكمية الإجمالية للقاعدة والحمض عند نقطة التكافؤ .
يتم قراءة القيمة من السحاحة، ويجب أن يكون عدد مكافئات القاعدة والحمض متساويًا عند نقطة التكافؤ، ويتم استخدام “alkimetry” أو “Alkalimetry” لتحليل التعديلات القاعدية الحمضية .
لتحديد تركيز القلوي، وهو المادة الأساسية، يتم قياس القيمة الحمضية أو الحموضة، ويشير هذا إلى المفهوم نفسه الذي يتم تطبيقه على المواد الحمضية .
تستخدم في إجراء المعايرة مواد ماصة، سحاحة، بلاط أبيض، وتستخدم لرؤية التغيير في لون المحلول، ومؤشر الأس الهيدروجيني الذي يتوافق مع نوع المواد المتفاعلة.
يتم استخدام ودورق مخروطي أو إرلنماير ومحلول معاير في عملية القياس،ويتم ذلك باستخدام محلول قياسي له تركيز معروف، ويمكن استخدام كربونات الصوديوم المائية كمثال شائع على ذلك، بينما يتم إجراء التيتراند باستخدام محلول غير معروف التركيز.
منحنى المعايرة ونقطة التكافؤ
أثناء القيام بالمعايرة تكون نقطة التكافؤ هي تلك النقطة التي يحدث عندها إضافة عدد مولات أيونات الهيدروكسيد نفسه تمام فيوجد مولات أيونات الهيدروجين ، وعند المعايرة عند إضافة القاعدة من خلال الساحة يتم قياس الحمض داخل الورق الزجاجي بدقة وكل منحني معايرة له شكل نموذجي لدي نوع المعايرة القاعدية الحمضية .
لا يتغير الرقم الهيدروجيني بشكل منتظم عند إضافة الحمض، ويتضمن كل منحنى أقسامًا أفقية، ومن الممكن إضافة العديد من القواعد دون حدوث تغيير كبير في الرقم الهيدروجيني .
في كل منعطف، يوجد جزء به انحدار حاد، باستثناء القاعدة الضعيفة والحمض الضعيف. يؤدي إضافة قطرة واحدة من القاعدة إلى تغيير رقم ال pH بعدة وحدات، ويحدث تغيير كبير في قيمة ال pH عند نقطة التكافؤ .
على الرغم من أن ذلك لا يتركز على الرقم الهيدروجيني PH 7، إلا أنه يتعلق باختيار المؤشرات لجميع أنواع المعايرة باستخدام التحليل الحجمي.
اختيار المؤشرات
يعتبر الحمض القاعدي مؤشرًا يتم استخدامه لتحديد الحموضة وقياسها، ويتم ذلك من خلال المواد التي تتعكر وتتغير لونها عند وصولها إلى نقطة التكافؤ وتحديد درجة الحموضة، والقواعد والأحماض التي تذوب في الماء تُستخدم كمعايير لتحديد الحمضية أو القاعدية .
يكون العضو المركب مستقرًا، وتحدث تغيرات قوية في اللون والطبيعة بوجود عناصر عضوية، حيث يكون صدى إيزومري الإلكترون المسؤول عن هذا التغير في اللون .
تختلف ثوابت التأين للمؤشرات المختلفة، مما يؤدي إلى تغير في اللون على فترات مختلفة من الرقم الهيدروجيني PH.
تتم تصنيف المؤشرات الحمضية والقاعدية على مجال واسع إلى ثلاث مجموعات وهي:
- تعد الفثالين والسلفوفثالين والفينول فثالين أمثلة على ذلك.
- المؤشرات Azo هي مثال على ذلك ميثيل البرتقالي.
- الفينيل ثلاثي الميثان هو مؤشر، وأخضر المالاكيت هو مثال على ذلك
- المؤشرات الشائعة والمستخدمة في معايرة القاعدة الحمضية هي برتقال الميثيل الفينول فثالين. يحدث إضافة القاعدة للحمض في جميع الحالات في الأربعة أنواع المعايرات الحمض القاعدية، ويتم أخذ الرقم الهيدروجيني مقابل حجم القاعدة المضافة في الاعتبار. يتم تغيير لون المؤشرات ويجب أن يحدث تغير في المؤشر في الجزء العلوي من منحنى الرقم الهيدروجيني .
مثال على المعايرة
مثال على حل المشكلة هو إذابة عينة تحتوي على 1.2 جرام من مزيج من كربونات الصوديوم Na2CO3 وبيكربونات الصوديوم NaHCO3، وتتم معايرتها باستخدام حمض الهيدروكلوريك HCL بتركيز 0.5N وإضافة الفينولفثالين .
تنتهي نقطة النهاية لهذا التفاعل عند 15 مل، ولكن بعد إضافة برتقال الميثيل مرة أخرى، تنتهي النقطة الثانية للتفاعل عند 22 مل، وعند حساب النسبة المئوية لتكوين هذا الخليط، تكون النتيجة كالتالي:
لتحييد Na2CO3 بالكامل، يجب أن يكون حجم الحمض المطلوب هو 30 مل (15 + 15) .
يتم حساب الحجم الإجمالي المطلوب ويساوي 15 + 22 = 37 مل.
الحجم اللازم من الحمض لتحييد كربونات الصوديوم يساوي 7 مل، حيث (37-30)
يوضح كل ذلك نسبة تكوين Na 2 CO 3 (٪)، والتي تساوي
= [(30 × 0.5 × 0.053) / 1.2] × 100 = 66.25 %
ويتم حساب النسبة المئوية بالناكو 3 بواسطة
يساوي (7 × 0.5 × 0.042 × 100) / 1.2 = 24.50 % ناكو 3
ومن أمثلة وأنواع من القواعد والاحماض الضعيفة أو القوية :
- من الأمثلة القوية للقواعد الحمضية القوية هي هيدروكسيد الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك.
- يستخدم القاعدة الضعيفة الحمضية مثل هيدروكسيد الصوديوم وحمض الإيثانويك.
- تتميز القواعد القوية والضعيفة الحموضة مثل الأمونيا وحمض الهيدروكلوريك.
- قاعدة ضعيفة وحمض ضعيف مثل الأمونيا والإيثانويك.