محلول باز ضعیف

محلول باز ضعیف

برای محلولی که محتوی یک باز ضعیف است، غلظت OH^- محلول معمولا بر اساس واکنش تفکیک بازی باز ضعیف که یک واکنش تعادلی با ثابت تعادل برابر K_b مربوط به باز ضعیف است، تعیین می شود. در صورتیکه فرض کنیم محلول باز ضعیف A^- با غلظت برابر C’ مولار و K_b برابر داریم، برای محاسبه غلظت OH^-محلول می توانیم به صورت زیر عمل کنیم:

که مقدار پیشرفت واکنش تفکیک بازی باز ضعیف است. برای محاسبه که همان غلظت OH^-محلول است، غلظت های تعادلی یا همان غلظت های نهایی را بر حسب در رابطه ثابت تعادل جایگذاری می کنیم تا یک معادله برای بدست آید و از حل آن و غلظت OH^-محلول معلوم شود. خواهیم داشت:

از آنجائیکه معمولا ثابت تعادل تفکیک بازی باز ضعیف بسیار کوچک است، اغلب اوقات پیشرفت واکنش تفکیک بازی باز ضعیف ناچیز است و از تغییر غلظت باز ضعیف بخاطر واکنش تفکیک بازی می توان صرف نظر کرد. در اینصورت غلظت تعادلی باز ضعیف همان غلظت اولیه باز خواهد بود، بعبارتی تحت این شرایط میتوان را همان در نظر گرفت و برای محاسبه غلظت OH^-و pOH محلول نوشت:

در صورتیکه از رابطه بالا منفی لگاریتم بگیریم و از خواص تابع لگاریتم استفاده کنیم، خواهیم داشت:

بعدها در شیمی تجزیه خواهیم دید که شرط درست بودن صرف نظر کردن از تغییر غلظت اسید ضعیف بخاطر واکنش تفکیک اسیدی و برابر گرفتن با اینست که داشته باشیم:

بنابراین برای محاسبه غلظت OH^-و pOH محلول باز ضعیف معمولا اگر شرط فوق بر قرار باشد از روابط

و و اگر شرط فوق بر قرار نباشد از رابطه و حل معادله درجه دو استفاده می کنیم. بعد از محاسبه غلظت OH^-و pOH محلول، با استفاده از روابط و می توان به سادگی غلظت H⁺ و pH محلول را بدست آورد.

در ضمن خوب است که به شباهت روابط و بحث ها برای محلول اسید قوی با محلول باز قوی و برای محلول اسید ضعیف با محلول باز ضعیف توجه داشته باشید.

مثال: pH محلول های زیر را بدست آورید.

الف) محلول سدیم استات (NaOAc که OAc^- بیانگر یون استات است) یک مولار ()

ب) محلول Na⁺CN^- 0.1M ()

ج) محلول NH₃ 10^-4M ()

حل:

الف) تفکیک یونی کامل سدیم استات یونهای سدیم و استات تولید می نماید که از دخالت یونهای سدیم در تعیین pH محلول معمولا صرف نظر می شود. یونهای استات نیز باز ضعیف ( از آنجا که با توجه به گزارش شده برای اسید مزدوج یعنی اسید استیک نتیجه می گیریم اسید مزدوج یک اسید ضعیف است، پس باز مزدوج هم ضعیف خواهد بود و واکنش تفکیک بازی آن غیر کامل و تعادلی با ثابت تعادل نسبتا کوچک خواهد بود) هستند و بنابراین می توانیم از روابط گفته شده در این بخش برای محاسبه pH محلول استفاده کنیم. در روابط گفته شده به ثابت تفکیک بازی یون استات احتیاج داریم، اما مسئله ثابت تفکیک اسیدی اسید مزدوج را گزارش داده است. با استفاده از رابطه
ثابت تفکیک بازی یون استات را بدست می آوریم:

سپس شرط زیر را چک می کنیم:

چون شرط فوق برقرار است، برای محاسبه غلظت OH^-و pOH محلول داریم:

در نهایت برای محاسبه pH محلول به صورت زیر عمل می کنیم:

ب) ابتدا شرط زیر را چک می کنیم:

چون شرط فوق برقرار است، برای محاسبه غلظت OH^-و pOH محلول داریم:

در نهایت برای محاسبه pH محلول به صورت زیر عمل می کنیم:

ج) ابتدا شرط زیر را چک می کنیم:

چون شرط فوق برقرار نیست، برای محاسبه غلظت OH^-و pOH محلول داریم:

در نهایت برای محاسبه pH محلول به صورت زیر عمل می کنیم:

*****

در مورد محلول باز ضعیف خوب است با بحث درجه تفکیک باز نیز آشنا باشیم. درجه تفکیک باز که می توان آن را با نمایش داد، برابر تعداد ذرات تفکیک شده باز بخش بر تعداد کل ذرات باز (چه تفکیک شده و چه تفکیک نشده) یا همان تعداد ذرات اولیه باز است. برای باز رابطه زیر را برای درجه تفکیک باز می توان در نظر گرفت:

که در آن و به ترتیب غلظت های تعادلی و غلظت اولیه باز هستند.

درجه تفکیک باز برای بازها شبیه درجه تفکیک اسید برای اسیدها است و روابط مربوطه مشابه همدیگر هستند. هر رابطه ای برای درجه تفکیک اسید داریم، مشابها همان رابطه را برای درجه تفکیک باز هم داریم، فقط بجای و در روابط درجه تفکیک اسید، در روابط درجه تفکیک باز باید و در نظر بگیریم.

در مورد بازهای قوی، درجه تفکیک برابر یک (یا درصد تفکیک برابر صد) خواهد بود. در مورد بازهای ضعیف، درجه تفکیک عددی در بازه صفر تا یک خواهد بود. برای محاسبه درجه تفکیک باز در محلول آن، درصورتیکه غلظت محلول را داشته باشیم، می توانیم از رابطه زیر استفاده کنیم: