مخطط الغلبة
يهدف مخطط الغلبة إلى توضيح ظروف التركيز ودرجة الحموضة التي يكون فيها تركيز نوع كيميائي معين هو الأعلى في المحاليل التي تحتوي على توازنات متعددة بين الحمض والقاعدة . [ 1 ] تشير الخطوط على مخطط الغلبة إلى المواضع التي تتساوى فيها تركيزات الأنواع المتجاورة. وعلى جانبي هذا الخط، يسود نوع كيميائي دون الآخر، أي يكون تركيزه أعلى مقارنةً بالنوع الآخر.
لتوضيح مخطط الغلبة، يظهر جزء من مخطط الكرومات على اليمين. يرمز pCr إلى سالب لوغاريتم تركيز الكروم، بينما يرمز pH إلى سالب لوغاريتم تركيز أيون الهيدروجين . توجد حالتا اتزان مستقلتان، وثوابت الاتزان مُعرّفة كما يلي.
| 1 |
![{\displaystyle \overbrace {\mathrm {CrO} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{2-}} ^{كرومات}+{\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}{}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {HCrO} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{-}};\qquad {\mathit {K}}_ {1}={\frac {[{\mathrm {HCrO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{-}}]}{[\mathrm {CrO} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{2\!-}][\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4ce54264908ab30c61dc27a2ab58dab085f2b15d)
| 2 |
![// {\ vphantom {A}} _ {\ smash [{t}] {7}} {\ vphantom {A}} ^ {2-}} _ {ثنائي كرومات} + {\ mathrm {H} {\ vphantom {A}} _ {\ smash [{t}] {2}} \ mathrm {O} }؛ \ qquad {\ mathit {K}} _ {D} = {\ frac {[{\ mathrm {Cr} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{7}}{\vphantom {A}}^{2-}}]}{[{\mathrm {HCrO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{-}}]^{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fd88f46486939ce641cd87ee211635ece656dee2)
يمكن اشتقاق ثابت توازن ثالث من K 1 و K D.
| 3 |
![$ {\vphantom {A}}^{+}\mathrm {H} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} };\qquad \beta _{2}={\frac {[{\mathrm {Cr} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}} _ {\smash[{t}]{7}}{\vphantom {A}}^{2-}}]}{[{\mathrm {H} {\vphantom {A}}^{+}}]^{2}[{\mathrm {CrO} {\vphantom {A}}_ {\smash[{t}]{4}}{\vphantom {A}}^{2-}}]^{2}}};\qquad \beta _{2}=K_{1}^{2}K_{\mathrm {D} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ee109abec5e581bc24f88d514644beb958c1a622)
لا تتشكل الأنواع H₂CrO₄ و HCr₂O⁻⁷ إلا عند قيم pH منخفضة جدًا ، لذا فهي غير ظاهرة في هذا الرسم البياني. القيم المنشورة لـ log K₁ و log Kₘ هي 5.89 و2.05 على التوالي. [ 2 ] باستخدام هذه القيم وشروط التساوي، يمكن حساب تركيزات الأنواع الثلاثة، الكرومات CrO₂⁻⁴ ، وهيدروجين الكرومات HCrO₄⁻، وثنائي الكرومات Cr₂O₂⁻⁷ ، لقيم pH مختلفة ، باستخدام معادلات التوازن . يُحسب تركيز الكروم كمجموع تركيزات الأنواع بدلالة محتوى الكروم .
![// $$ _{10}{[\mathrm {Cr} ]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9007d5f0e4e33e0d8c3cd55079537960faec9a2b)
تتساوى تراكيز الأنواع الثلاثة جميعها مع 1 / K D عند الرقم الهيدروجيني pK 1 ، حيث يكون تركيز [Cr] مساوياً لـ 4 / K D. [ 3 ] تلتقي الخطوط الثلاثة في هذا الرسم البياني عند تلك النقطة.
- الخط الأخضر
- يتساوى تركيز الكرومات وتركيز كرومات الهيدروجين. وبمساواة تركيز [ CrO₄⁻ ] مع تركيز [ HCrO₄⁻ ] في المعادلة 1، نحصل على : [ H⁺ ] = 1 / K₁ ، أو pH = log K₁ . هذه العلاقة مستقلة عن pCr، لذا يتطلب الأمر رسم خط عمودي على مخطط الغلبة.
- الخط الأحمر
- يتساوى تركيز كل من كرومات الهيدروجين وثنائي الكرومات. بوضع [ HCrO⁻ ] مساوياً لـ [ Cr₂O₂⁻ ] في المعادلة 2 ، نحصل على : [ HCrO⁻ ] = 1 / KD ؛ ومن المعادلة 1 ، نحصل على : [ CrO₂⁻ ] = 1 / KD [ H⁺ ] .
- الخط الأزرق
- تتساوى تركيزات الكرومات وثنائي الكرومات. وبمساواة [ CrO 2− 4 ] مع [ Cr 2 O 2− 7 ] في المعادلة 3 ، نحصل على [ CrO 2− 4 ] = 1 / β 2 [ H + ] 2 .
يُفسَّر مخطط الغلبة كما يلي: أيون الكرومات هو النوع السائد في المنطقة الواقعة على يمين الخطين الأخضر والأزرق. ويكون دائمًا هو النوع السائد عند درجة حموضة أعلى من 6.75 تقريبًا. عند درجة حموضة أقل من 5.89 (درجة حموضة أقل من pK1 ) ، يكون أيون كرومات الهيدروجين هو السائد في المحاليل المخففة، بينما يكون أيون ثنائي الكرومات هو السائد في المحاليل الأكثر تركيزًا.
قد تصبح مخططات الغلبة معقدة للغاية عندما يمكن تكوين العديد من الأنواع البوليمرية، كما هو الحال مع الفانادات [ 4 ] ، والموليبدات [ 1 ] ، والتنغستات [ 1 ] . ومن التعقيدات الأخرى أن العديد من البوليمرات الأعلى تتشكل ببطء شديد، بحيث قد لا يتم الوصول إلى حالة التوازن حتى بعد أشهر، مما يؤدي إلى أخطاء محتملة في ثوابت التوازن ومخطط الغلبة.
مراجع
- 1 2 3 بوب، إم تي (1983). أوكسوميتالات غير متجانسة ومتجانسة . سبرينغر. ISBN 0-387-11889-6.
- ^ بريتو، ف. أسكانيوا، J.؛ ماتوا، S .؛ هيرنانديزا، C .؛ أروجوا، L.؛ جيلي، ب. مارتن زرزاب، ص. دومينغيز، S .؛ ميديروس، أ. (1997). “توازنات أنواع الكرومات (VI) في الوسط الحمضي ودراسات مبدئية لهذه الأنواع”. متعدد السطوح . 16 (21): 3835–3846 . دوى : 10.1016/S0277-5387(97)00128-9 .
- ↑ غانز، ب. (2000). "لغز يتعلق بتوازن المحاليل". مجلة التعليم الكيميائي . 77 (4): 489. Bibcode : 2000JChEd..77..489G . doi : 10.1021/ed077p489 .
- ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.ص 984
- كيمياء الأحماض والقواعد
- كيمياء التوازن
- الأيونات الأكسجينية