MolDraw › أدوات الكيمياء › محاكي منحنى المعايرة
محاكي منحنى المعايرة
باختصار: يرسم محاكي منحنى المعايرة هذا pH مقابل حجم المادة المعايِرة للأحماض القوية والأحماض الضعيفة والقواعد الضعيفة والأحماض متعددة البروتونات مثل H₃PO₄. ويحدد pH الابتدائية، وكل نقطة تكافؤ، ونقاط نصف التكافؤ حيث pH = pKa، ومناطق المحلول المنظِّم، ثم يقترح كاشفًا. وهو مجاني ويعمل في متصفح الويب.
اختر المادة المحلَّلة في الدورق، وأدخل تركيزها وحجمها وتركيز المادة المعايِرة. يتحدّث المنحنى أثناء الكتابة. وتعرض لوحة النتائج نقاط التكافؤ ونصف التكافؤ، ويقيّم جدول الكواشف كل كاشف شائع حسب خطأ نقطة النهاية. احفظ الرسم بـ تصدير PNG أو البيانات بـ تصدير CSV.
pH عند أحجام مختارة
كيف يُحسب منحنى المعايرة
لا يتنقل المحاكي بين معادلات منفصلة لكل منطقة، بل يحل معادلة توازن شحنات واحدة عند كل حجم، لذا يكون المنحنى صحيحًا في البداية، وفي منطقة المحلول المنظِّم، وعند كل نقطة تكافؤ وما بعدها:
[H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + 3[A³⁻] + [Cl⁻] Kw = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴
تعطي الاختصارات المدرسية أدناه أرقامًا شبه مطابقة، وهي ما تستخدمه في الامتحان.
| المنطقة | حمض ضعيف HA + NaOH | مثال: 25.00 mL من CH₃COOH 0.100 M |
|---|---|---|
| البداية (0 mL) | [H⁺] = √(Ka × C) | pH 2.88 |
| منطقة المحلول المنظِّم | pH = pKa + log(n A⁻ / n HA) | 20.00 mL: pH 5.36 |
| نصف التكافؤ | pH = pKa | 12.50 mL: pH 4.76 |
| التكافؤ | [OH⁻] = √(Kb × C الملح)، Kb = Kw / Ka | 25.00 mL: pH 8.73 |
| بعد التكافؤ | [OH⁻] = NaOH الزائد ÷ الحجم الكلي | 30.00 mL: pH 11.96 |
pH نقطة التكافؤ حسب نوع المعايرة
| المعايرة | pH عند التكافؤ | الكاشف المناسب |
|---|---|---|
| حمض قوي + قاعدة قوية | 7.00 | الفينولفثالين، الميثيل الأحمر، أزرق البروموثيمول، الميثيل البرتقالي |
| حمض ضعيف + قاعدة قوية | أعلى من 7 (8.73 لحمض الأسيتيك 0.1 M) | الفينولفثالين |
| قاعدة ضعيفة + حمض قوي | أقل من 7 (5.28 للأمونيا 0.1 M) | الميثيل الأحمر، الميثيل البرتقالي |
| حمض ضعيف + قاعدة ضعيفة | قرب 7، بلا قفزة حادة | لا يوجد؛ استخدم جهاز قياس pH |
مديات ألوان الكواشف
| الكاشف | مدى pH | اللون في الوسط الحمضي | اللون في الوسط القاعدي |
|---|---|---|---|
| الميثيل البرتقالي | 3.1 إلى 4.4 | أحمر | أصفر |
| الميثيل الأحمر | 4.4 إلى 6.2 | أحمر | أصفر |
| عباد الشمس | 4.5 إلى 8.3 | أحمر | أزرق |
| أزرق البروموثيمول | 6.0 إلى 7.6 | أصفر | أزرق |
| الفينولفثالين | 8.2 إلى 10.0 | عديم اللون | وردي |
يأتي الحكم على كل كاشف من خطأ نقطة النهاية: الحجم عند منتصف مدى تغير لونه مقارنةً بحجم التكافؤ الحقيقي. ضمن 0.1% ممتاز، وضمن 0.5% جيد. أما عباد الشمس فيتغير لونه تدريجيًا جدًا بحيث لا يصلح للمعايرة.
أمثلة محلولة
HCl مع NaOH
25.00 mL من HCl 0.100 M، وNaOH 0.100 M. بعد 10.00 mL: 2.50 − 1.00 = 1.50 mmol من H⁺ في 35.00 mL.
[H⁺] = 0.0429 M، pH 1.37. عند 25.00 mL pH 7.00. وعند 30.00 mL: 0.500 mmol من OH⁻ في 55.00 mL.
pH 1.37 و7.00 و11.96
حمض الأسيتيك مع NaOH
25.00 mL من CH₃COOH 0.100 M (pKa 4.76)، وNaOH 0.100 M.
pH البداية 2.88. نصف التكافؤ عند 12.50 mL، pH 4.76. التكافؤ عند 25.00 mL: أسيتات 0.0500 M.
pH التكافؤ 8.73: استخدم الفينولفثالين
الأمونيا مع HCl
25.00 mL من NH₃ 0.100 M (pKb 4.75)، وHCl 0.100 M.
pH البداية 11.12. نصف التكافؤ pH 9.25 (pKa لـ NH₄⁺). التكافؤ: NH₄⁺ 0.0500 M.
pH التكافؤ 5.28: استخدم الميثيل الأحمر
حمض الفوسفوريك مع NaOH
25.00 mL من H₃PO₄ 0.100 M، وNaOH 0.100 M. قفزات عند 25.00 و50.00 mL.
pH عند 37.50 mL = pKa₂ = 7.20. والخطوة الثالثة (pKa₃ 12.38) لا تُظهر قفزة.
pH التكافؤ 4.70 و9.67
كربونات الصوديوم مع HCl
25.00 mL من Na₂CO₃ 0.0500 M، وHCl 0.100 M.
CO₃²⁻ → HCO₃⁻ عند 12.50 mL، ثم HCO₃⁻ → H₂CO₃ عند 25.00 mL.
pH 8.34 ثم 3.98: الميثيل البرتقالي للثانية
حمض الأكساليك مع NaOH
25.00 mL من H₂C₂O₄ 0.100 M (pKa 1.25 و4.27)، وNaOH 0.100 M.
قيمتا pKa متقاربتان ومنخفضتان جدًا بحيث لا تظهر قفزة أولى. فيُعاير البروتونان معًا.
نقطة نهاية واضحة واحدة عند 50.00 mL، pH 8.40
أخطاء شائعة
- افتراض pH 7 عند كل نقطة تكافؤ. وحده الحمض القوي مع القاعدة القوية يعطي pH 7.00.
- نسيان الحجم الكلي. التراكيز بعد الخلط تُحسب بحجم المادة المحلَّلة مضافًا إليه حجم المادة المعايِرة.
- استخدام معادلة هندرسون-هاسلباخ عند 0 mL أو عند التكافؤ. فهي لا تصلح إلا عند وجود HA وA⁻ كليهما بكميات معتبرة.
- اختيار الكاشف على أساس «pH 7». اختر كاشفًا يقع مدى تغير لونه على الجزء الحاد من منحناك.
- عدّ كل بروتون خطوة مرئية. البروتون الذي تزيد قيمة pKa له عن نحو 11، أو قيمتا pKa يقل الفرق بينهما عن نحو 3 وحدات، لا يعطي قفزة منفصلة واضحة.
- الخلط بين mL وL. المولات = mol/L × الحجم باللتر. واستخدام mL مباشرة يعطي مليمولات، وهذا مقبول ما دمت ملتزمًا به.
ترسم الأحماض والقواعد ومرافقاتها؟ ارسم البنى ومخططات التفاعل لتقرير المختبر في MolDraw، محرر البنى الكيميائية المجاني عبر الإنترنت.
افتح محرر MolDrawالأسئلة الشائعة
لماذا لا تكون قيمة pH عند نقطة التكافؤ 7 دائمًا؟
عند نقطة التكافؤ يحتوي الدورق على ملح الحمض والقاعدة. في حالة حمض قوي وقاعدة قوية يكون الملح متعادلًا، فتكون pH = 7.00. أما الحمض الضعيف فيعطي قاعدة مرافقة قاعدية (الأسيتات 0.050 M تعطي pH 8.73)، والقاعدة الضعيفة تعطي حمضًا مرافقًا حمضيًا (NH4+ 0.050 M يعطي pH 5.28).
ما قيمة pH عند نقطة نصف التكافؤ؟
يكون نصف الحمض الضعيف قد تحوّل إلى قاعدته المرافقة، فيكون [HA] = [A−] وpH = pKa. ولحمض الأسيتيك تكون pH 4.76. وتختلف القيمة الدقيقة قليلًا عندما يكون الحمض قويًا نسبيًا أو مخففًا جدًا، وهذا ما يُظهره المحاكي.
أي كاشف أستخدم لمعايرة حمض ضعيف بقاعدة قوية؟
الفينولفثالين. فمدى تغير لونه (pH من 8.2 إلى 10.0) يقع على الجزء الحاد من المنحنى قرب pH التكافؤ البالغة نحو 8.7. أما الميثيل البرتقالي فيتغير لونه مبكرًا جدًا ويعطي خطأً كبيرًا.
كم نقطة تكافؤ يُظهر حمض الفوسفوريك؟
نقطتين واضحتين. مع H3PO4 0.100 M وNaOH 0.100 M تظهران قرب pH 4.7 وpH 9.7. أما البروتون الثالث فقيمة pKa له 12.38، لذا لا تعطي نقطة التكافؤ الثالثة قفزة مرئية في الماء.
ما الفرق بين نقطة التكافؤ ونقطة النهاية؟
نقطة التكافؤ هي التي تتساوى عندها مولات المادة المعايِرة تمامًا مع المادة المحلَّلة. ونقطة النهاية هي التي يتغير عندها لون الكاشف. والكاشف الجيد يجعل نقطة النهاية تقع ضمن كسر من المئة من نقطة التكافؤ.
كيف أحسب pH قبل نقطة التكافؤ لحمض ضعيف؟
أوجد مولات HA المتبقية ومولات A− المتكوّنة، ثم استخدم pH = pKa + log(مولات A− / مولات HA). لـ 25.00 mL من حمض الأسيتيك 0.100 M بعد إضافة 20.00 mL من NaOH 0.100 M: pH = 4.76 + log(2.00 / 0.50) = 5.36.
أدوات كيمياء ذات صلة
تريد الطريقة الكاملة مع أمثلة أكثر؟ اقرأ دليل منحنى المعايرة. تحتاج إلى رسم جزيئات لتقرير؟ ارسم البنى الكيميائية عبر الإنترنت مع MolDraw.
آخر تحديث: