pH و pKa و Ka و pKb و Kb ، ماذا تعني تلك الرموز في الكيمياء

pH و pKa و Ka و pKb و Kb … ماذا تعني تلك الرموز في الكيمياء؟

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:

ملخص الفصل الرابع عشر :الحموض و القواعد من كتاب الكيمياء للعالم زومدال Chapter 14 notes:Acids and Bases, Chemistry Zumdahl

 

 

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

 

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات العاملة بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play

1 – تطبيق ملصقات الجدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرو في نفس الوقت كل عنصر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2

 

2 – تطبيق ملصقات كيميائية: ملصقات بتصميم جميل جدا للكواشف و الأدلة و الزجاجيات المستخدمة في المختبر و كذلك ملصقات و بطاقات لخزانات حفظ المواد و الأدوات الزجاجية .

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir

 

3 – إذا كنت تواجه صعوبة في تحضير المحاليل الكيميائية الأكثر شيوعا في مختبرات الكيمياء و الاحياء، فهذا التطبيق سوف يساعدك كثيرا في تحضير المحاليل :

المراجع: https://sciencenotes.org/ph-pka-ka-pkb-and-kb-in-chemistry/