معايرة الحمض بالقاعدة – منحنى المعايرة ونقطة التكافؤ

ماذا تعرض

في معايرة الحمض بالقاعدة يُضاف محلول معلوم التركيز من السحاحة حتى نقطة التكافؤ، حيث يتفاعل الحمض والقاعدة بنسبة متكافئة تمامًا. ويعطي رسم pH مقابل الحجم منحنى فيه قفزة حادة عند هذه النقطة. فعند معايرة حمض قوي بقاعدة قوية تقع القفزة قرب pH 7، أما الحمض الضعيف فيعطي منطقة تنظيم يكون فيها pH = pKa عند نصف التكافؤ، ونقطة تكافؤ قاعدية؛ والقاعدة الضعيفة المعايَرة بحمض HCl تعطي نقطة تكافؤ حمضية. وتفقد الأحماض متعددة البروتونات مثل H₃PO₄ بروتوناتها واحدًا تلو الآخر، فقد يظهر في المنحنى أكثر من قفزة. والكاشف المناسب هو الذي يتغير لونه داخل القفزة.

طريقة الاستخدام

في «معايرة تقليدية» اختر «الحمض» و«الكاشف»، وأضف NaOH بالزرين «+1 mL» و«+1 قطرة»، ولاحظ أين يتغير اللون. بدّل «العرض» إلى «مختبر مجس pH» واختر زوج «الدورق + السحاحة». اغمس المجس في محلولين منظمين أو ثلاثة واضغط «معايرة المجس». أضف المحلول من السحاحة واضغط «تسجيل» بعد كل إضافة، ثم استعمل عمود ΔpH/ΔV لتحديد نقطة النهاية واقرأ pKa عند نصف ذلك الحجم. ويقارن جدول الكواشف بين خمسة كواشف.

المعاملات القابلة للتغيير

• الحمض المعايَر HCl (حمض قوي), CH₃COOH (حمض ضعيف، Ka = 1.8×10⁻⁵)
• تركيز المحلول في الدورق 0.01–0.5 M
• حجم المحلول في الدورق 5–50 mL
• تركيز المحلول في السحاحة 0.01–0.5 M
• الكاشف الفينولفثالين (8.2–10), الميثيل البرتقالي (3.1–4.4), الميثيل الأحمر (4.4–6.2), أزرق البروموثيمول (6.0–7.6), الثيمولفثالين (9.3–10.5)
• العرض معايرة تقليدية (HCl أو CH₃COOH مع NaOH), مختبر مجس pH (أنظمة أكثر وجدول نتائج)
• نظام المعايرة (عرض المختبر) HCl + NaOH (حمض قوي وقاعدة قوية), CH₃COOH + NaOH (حمض ضعيف وقاعدة قوية), NH₃ + HCl (قاعدة ضعيفة وحمض قوي), CH₃COOH + NH₃ (حمض ضعيف وقاعدة ضعيفة), H₃PO₄ + NaOH (حمض ثلاثي البروتونات), حمض الستريك + NaOH (حمض ثلاثي البروتونات), Na₂CO₃ + HCl (نقطتا تكافؤ)

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا تكون قيمة pH عند نقطة التكافؤ أكبر من 7 عند معايرة CH₃COOH بمحلول NaOH؟
2. لماذا يتغير لون الميثيل البرتقالي مبكرًا جدًا عند معايرة CH₃COOH؟
3. لماذا يكون الميثيل الأحمر كاشفًا أفضل من الفينولفثالين عند معايرة NH₃ بحمض HCl؟