مصادر الكيمياء موقع لتعليم الكيمياء بصورة مبسطة
تستخدم الرموز pH و pKa و Ka و pKb و Kb و بكثرة في الكيمياء لتوصيف درجة أو مدى حمضية أو قاعدية المحلول و أيضا للحكم على قوة الحموض أو القواعد.
في العادة يتم استخدام مقياس الرقم الهيدروجيني pH Scale لقياس درجة الحموضة أو القاعدية و لكن من خلال استخدام pKa و Ka و pKb و Kb فإنه يمكن التنبؤ بقوة الحمض أو القاعدة و التفاعلات المرتبطة بها. و فيما يأتي تعريفا لكل تلك المصطلحات مع ذكر العلاقات الرياضية البسيطة التي تستخدم لحسابها و تبيان الفرق فيما بينها.
ماذا تعني بالرمزين p و K ؟
في البداية فإنه من المفيد فهم الرموز. فعندما ترى الرمز “p” في كيمياء الحموض و القواعد ، فإن هذا الحرف يرمز إلى “power” و التي تعني “قوة” أي قوة المحلول. لذا ، فإنه يقصد بالرمز pH على أنه “قوة الهيدروجين” حيث يكون H هو رمز عنصر الهيدروجين. كما يشير الحرف “p” أمام القيمة أيضًا إلى اللوغاريتم السالب الخاص بالقيمة. لذلك فإن pH هو اللوغاريتم السالب لتركيز أيون الهيدروجين ، بينما pKa هو اللوغاريتم السالب لقيمة Ka. أما حرف K (مكتوب بالاحرف الكبيرة capital letter ) فإنه يرمز إلى ثابت، و في هذه الحالة ، يشير إلى ثابت الإتزان. أما الأحرف الكبيرة والصغيرة “A” أو “a” و “B أو” b “فهي تعني الحمض والقاعدة ، على التوالي.
الرقم الهيدروجيني pH و ثابت الاتزان
إن pKa و Ka و pKb و Kb هي جميعا ثوابت للإتزان و في العادة يتم التعبير عنها بالمول / لتر ، و تستخدم للتنبؤ ما إذا كانت الدقائق الكيميائية (ذرات، أيونات، جزيئات) سوف تمنح أو تستقبل بروتون (أيون الهيدروجين الموجب أو كاتيون الهيدروجين +H ) عند قيمة pH معينة. و بمعنى آخر ، تشير ثوابت الإتزان إلى قوة الحمض والقاعدة وتصف مستوى تأين الحمض أو القاعدة. و تصف قيم pKa و Ka قوة الحموض، بينما تصف pKb و Kb قوة القواعد.
و مثل الرقم الهيدروجيني ، فإن قيم pKa و Ka تمثل تركيز أيون الهيدروجين. و أيضا مثل pOH ، فإن قيم pKb و Kb تمثل تركيز أيون الهيدروكسيد.
و عند التعامل مع ثابت الإتزان ، تذكر أن إضافة الماء إلى حمض مائي أو محلول قاعدي لا يغير ثابت الاتزان الخاص به. كما يرتبط Ka و Kb بالثابت الأيوني للماء (Kw)، حيث:
Kw = Ka x Kb
تعريف pH و العلاقات المرتبطة به
إن الرقم الهيدروجيني pH هو مقياس لتركيز أيون الهيدروجين [+H] ، والذي بدوره مقياس لمدى حمضية أو قاعدية المحلول الكيميائي. و في العادة يتراوح مقياس الرقم الهيدروجيني من 0 إلى 14 ، على الرغم من أنه من الممكن بالفعل الحصول على قيم سالبة وقيم تتجاوز الـ 14 أيضا. فعندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني حوالي 7 فإن المحلول يكون متعادلا (ليس حمضيا و ليس قاعديا) ، و عندما تكون قيمة الرقم الهيدروجيني أقل من 7 فإن المحلول يكون حمضيا، أما غذا كانت قيمة pH أكبر من 7 فإن المحلول في هذه الحالة يكون قاعديا. تحدد قيمة الأس الهيدروجيني ما إذا كانت المادة الكيميائية حمضًا أم قاعدة ، ولكنها لا تشير إلى قوة الحمض أو القاعدة.
و يرتبط الرقم الهيدروجيني مع pOH ، و الذي يعبر عن قوة أيون الهيدروكسيد [–OH] ويستخدم عند دراسة القواعد. فالصيغ و المعادلات المستخدمة لحساب pH و pOH هي:
pH = – log [H+] pOH = – log [OH-]
و عند 25 درجة سيليزية فإن :
pH + pOH = 14
pKa و Ka
يشير الرمز Ka إلى ثابت تفكك الحمض ، بينما يقصد بالرمز pKa بأنه اللوغاريتم السالب لذلك التفكك. فالحمض يتفكك طبقا للعلاقة الآتية:
HA + H2O ⇆ A– + H3O+
حيث
Ka = [H+][A-]/ [HA] pKa = – log Ka
و عند منتصف نقطة التكافؤ فإن :
pH = pKa = -log Ka
فكلما كانت قيمة Ka كبيرة كان الحمض قويا و هذا يعني أن الحمض يتفكك إلى حد كبير إلى أيوناته. و تعني قيمة Ka الكبيرة أيضًا أن سهم التفاعل يفضل تكوين النواتج . في المقابل ، تعني قيمة Ka الصغيرة بأن الحمض يتفكك جزئيا ، مما يشير إلى أنه حمض ضعيف. تعني قيمة Ka الصغيرة أن التفاعل يفضل المواد المتفاعلة بدلاً من النواتج . فأغلب الحموض الضعيف يكون لديها قيم Ka تتراوح ما بين 10-2 إلى 10-14 .
أمتا قيم pKa فإنها تعطي نفس المعلومات ولكن بطريقة مختلفة. فكلما كانت قيمة pKa أصغر ، زادت قوة الحمض. أو ، كلما زادت قيمة pKa ، كان الحمض أضعف. و عادة يكون للحموض الضعيفة قيم pKa تتراوح ما بين 2 و 14.
pKb و Kb
يشير الرمز Kb إلى ثابت تفكك القاعدة، بينما يقصد بالرمز pKb بأنه اللوغاريتم السالب لذلك التفكك. فالقاعدة يتفكك طبقا للعلاقة الآتية:
HB + H2O ⇆ B+ + OH–
حيث
Kb = [B+][OH-]/[BOH] pKb = -log Kb
و يتم تفسير ثوابت التفكك للقواعد تمامًا مثل ثوابت التفكك لحموض . أي أنه كلما كانت قيمة Kb كبيرة كانت القاعدة أقوى كما تشير قيمة pKb الصغيرة أيضا إلى أن القاعدة قوية أيضا، بينما تشير قيمة pKb الكبيرة إلى أن القاعدة ضعيفة.
و يمكن الربط بين pKa و pKb من خلال العلاقة الآتية :
pKa + pKb = 14
ماذا نعني بالرمز pI ؟
يشير الرمز pI إلى نقطة التكافؤ الكهربي isoelectric point و هي تساوي قيم pH التي عندها يتعادل الجزيء (في العادة بروتين) كهربائيا و تكون قيمة الشحنة الكهربائية له تساوي صفرا . فللحمض الأميني الذي يحتوي على مجموعة أمين واحدة و مجموعة كربوكسيل واحدة، يمكن حساب قيمة pI له من متوسط قيم pKa الخاصة بالجزيء:
pI = (pKa1 + pKa2) / 2
للمزيد من المعلومات و المسائل حول pH و pKa و Ka و pKb و Kb يرجى مراجعة الفصل الرابع عشر من كتاب الكيمياء لزومدال:
المراجع: https://sciencenotes.org/ph-pka-ka-pkb-and-kb-in-chemistry/
مقالات قد تفيدك :
