غلظت مولکول‌های اسید در مقابل یون هیدرونیوم

دوازدهم شیمی 3

در محلول نیترو اسید و استیک اسید غلظت مولکول های اسید بیشتر از غلظت یون هیدرونیوم است

کاربر مهمان

جواب این سوال رو می‌دونی؟

با هم‌درس رقابت کن و جایزه ببر!

پاسخ‌ها

هوش مصنوعی تراز

پاسخ هوش مصنوعی تراز

مقایسه غلظت مولکول‌های اسید و یون هیدرونیوم

در محلول‌های اسید قوی (مانند نیترو اسید) تقریباً تمام مولکول‌ها یونیزه می‌شوند، بنابراین غلظت مولکول‌های غیر یونیده تقریباً صفر است و غلظت یون هیدرونیوم برابر با غلظت کل اسید می‌شود. در مقابل، اسیدهای ضعیف (مانند استیک اسید) تنها بخشی از مولکول‌ها یونیزه می‌شوند؛ در این حالت غلظت مولکول‌های غیر یونیده به مراتب بیشتر از غلظت یون هیدرونیوم است.

محاسبه برای هر دو اسید (c = 0.1 mol L⁻¹)

نیترو اسید (HNO₃) – اسید قوی
α≈1 → $[\mathrm{H^+}] \approx c = 0.1\,\text{mol L}^{-1}$
$[\mathrm{HNO_3}] \approx 0$
استیک اسید (CH₃COOH) – اسید ضعیف
ثابت یونش $K_a = 1/8\times10^{-5}=1.25\times10^{-6}$
α≈$\sqrt{\dfrac{K_a}{c}} = \sqrt{\dfrac{1.25\times10^{-6}}{0.1}} \approx 3.5\times10^{-3}$
$[\mathrm{H^+}] = \alpha c \approx 3.5\times10^{-4}\,\text{mol L}^{-1}$
$[\mathrm{CH_3COOH}] = c- [\mathrm{H^+}] \approx 9.96\times10^{-2}\,\text{mol L}^{-1}$

نتیجه‌گیری

در محلول نیترو اسید: غلظت مولکول‌های اسید کمتر از غلظت یون هیدرونیوم است.
در محلول استیک اسید: غلظت مولکول‌های اسید بیشتر از غلظت یون هیدرونیوم است.

تیپ سوال

در آزمون، اگر اسید قوی باشد، $[\text{HA}]\approx0$؛ اگر اسید ضعیف باشد، از رابطه $\alpha\approx\sqrt{K_a/c}$ برای محاسبه $[\text{H}^+]$ استفاده کنید.

دام رایج

فراموش کردن اینکه $\alpha$ برای اسیدهای قوی تقریباً برابر ۱ است.

راه تستی سریع

اگر گزینه‌ای بگوید «غلط» برای اسید قوی، به سرعت $[\text{HA}]\approx0$ را به یاد آورید.

پاسخ‌های ساخته شده توسط هوش مصنوعی ممکن است دارای اشتباهاتی باشند. درستی پاسخ را از منابع معتبر بررسی کنید.

هم‌‌درس

پاسخ هوش مصنوعی

راهنمایی کوتاه: درست است، در اسیدهای ضعیف مانند اسید استیک، غلظت مولکول‌های تجزیه‌نشده بیشتر از غلظت یون‌های هیدرونیوم است.

گام‌به‌گام:

۱) اسید نیتریک (HNO₃) یک اسید قوی است و در آب تقریباً به طور کامل به یون‌ها تجزیه می‌شود: HNO₃ + H₂O → H₃O⁺ + NO₃⁻. بنابراین در محلول آن، غلظت مولکول‌های HNO₃ باقی‌مانده بسیار کم است.
۲) اسید استیک (CH₃COOH) یک اسید ضعیف است. در آب فقط بخش کوچکی از مولکول‌های آن پروتون از دست می‌دهند و به یون تبدیل می‌شوند: CH₃COOH + H₂O ⇌ H₃O⁺ + CH₃COO⁻.
۳) در یک محلول اسید استیک، بیشتر مولکول‌ها به شکل خنثی (CH₃COOH) باقی می‌مانند و فقط درصد کمی (معمولاً کمتر از ۵٪) به یون‌های H₃O⁺ و CH₃COO⁻ تبدیل می‌شوند.
۴) بنابراین، در محلول اسید استیک، غلظت مولکول‌های اسید تجزیه‌نشده (CH₃COOH) بسیار بیشتر از غلظت یون‌های هیدرونیوم (H₃O⁺) است.
۵) اگر در یک محلول، هم اسید نیتریک قوی و هم اسید استیک ضعیف وجود داشته باشد، رفتار کلی به غلظت و قدرت نسبی هر اسید بستگی دارد. اما جملهٔ شما به طور کلی برای اسیدهای ضعیف مانند اسید استیک درست است.

پاسخ نهایی: بله، جملهٔ شما درست است، به ویژه برای اسیدهای ضعیف مانند اسید استیک. در چنین اسیدهایی، تعادل شیمیایی به سمت شکل مولکولی است، بنابراین غلظت مولکول‌های اسید تجزیه‌نشده بیشتر از غلظت یون‌های هیدرونیوم است.

مثال مشابه: اسید کربنیک (H₂CO₃) در نوشابه یک اسید ضعیف است. در یک بطری نوشابه، تعداد مولکول‌های H₂CO₃ بسیار بیشتر از تعداد یون‌های H₃O⁺ است که از تجزیهٔ آن تشکیل می‌شوند.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: می‌توانی دربارهٔ ثابت تفکیک اسید (Ka) مطالعه کنی. Ka برای اسیدهای ضعیف کوچک است (مثلاً برای اسید استیک حدود ۱.۸ × ۱۰⁻⁵)، که نشان‌دهندهٔ درصد تجزیهٔ بسیار کم است. هرچه Ka کوچک‌تر باشد، اسید ضعیف‌تر است و غلظت مولکول‌های تجزیه‌نشده در مقایسه با یون‌ها بیشتر است.

یادآوری ایمنی: هنگام کار با اسیدها در آزمایشگاه، همیشه از لوازم حفاظتی مانند عینک و دستکش استفاده کن و تحت نظارت معلم آزمایش را انجام بده.