تفاعلات التحييد في الكيمياء

ما هي تفاعلات التحييد

في الكيمياء من الممكن أن يتم تعريف تفاعل التعادل على أنه ببساطة تفاعل كيميائي يتفاعل فيه كلا من الحمض والقاعدة كميًا معًا لتكوين كلا من الملح والماء كنواتج كيميائية، حيث أنه في تفاعلات التعادل يوجد لدينا مزيج من أيونات الهيدروجين +H وأيونات الهيدروكسيد -OH التي تشكل الماء، كما أن تفاعل المعادلة هو بشكل عام تفاعل معادلة حمضية قاعدية.

إن العلاقة بين كلا من قوة المتفاعلات ودرجة الحموضة الناتجة تكون اعتمادًا على قوة الأحماض والقواعد المكونة حيث يختلف الرقم الهيدروجيني للنواتج تبعا لقوة المتفاعلات، والجدول التالي سيوضح المقصود بذلك:

أما بالنسبة لمعادلة تفاعل التحييد فهي بسيطة كالتالي:  حمض + قاعدة (قلوي) ← ملح + ماء

أمثلة على تفاعل التحييد

إن من أبسط الأمثلة وأكثرها انتشارا عن تفاعلات التحييد هو تكوين ملح الطعام كلوريد الصوديوم وهو ملح شائع جدا، حيث أن معادلة التحييد لهذا الملح هي كالتالي: 2NaOH + 2HCl → 2NaCl + H₂O، كما تتم طرق المعايرة باستخدام الفينول فثالين.

تطبيقات على تفاعل التحييد

1. طرق المعايرة بالتحليل الحجمي

في الحقيقة فإنه يتم استعمال آلية المعايرة الكيميائية من أجل العثور على التراكيز المجهولة سواء للأحماض أو القواعد، ويكون ذلك عن طريق إيجاد نقطة التعادل الخاصة بهم، ومن أجل عملية العثور على النقطة التي يحدث فيها التعادل فإننا نستخدم مؤشر الأس الهيدروجيني أو مقياسه، بمساعدة حسابات القياس المتكافئ البسيطة ومعرفة حجم ومولارية الكمية المعروفة من الممكن معرفة مولارية الجسيم المجهول.

2. معالجة مياه الصرف الصحي

إن معظم النفايات التي تأتي على شكل نفايات صناعية لها نصيبها العادل من السمية، والتي ستكون ضارة وسيئة لبيئتنا، ومن أجل ذلك نحن بحاجة إلى تحييد سميتها قبل أن يتم التخلص منها، وبناءً على التطبيق فإنه يتم استخدام مواد كيميائية مختلفة، وبعض الأمثلة الشائعة هي مادة بيكربونات الصوديوم ومادة هيدروكسيد المغنيسيوم ومادة أكسيد الكالسيوم بالإضافة إلى مادة كربونات الكالسيوم.

3. توليف المواد النانوية

في الواقع فإنه من أجل تسهيل عملية الاختزال الكيميائي لما يعرف بالسلائف المعدنية، فإنه يتم استعمال حرارة تفاعل التحييد أو ما يعرف بتفاعل التعادل.

4. في أجهزتنا الهضمية

عندما يتم نقل الطعام بين المعدة والأمعاء فإنه يجب أن يخضع هذا الطعام لعملية تحييد ومعادلة، ولكن من أجل أن يتم امتصاص العناصر الغذائية من خلال جدران الأمعاء فإنه يلزم وجود بيئة قلوية أو قاعدية، لذا فإنه يتم إنتاج بيكربونات مضاد للحموضة من أجل خلق وتوفير هذه الحالة المواتية.

5. التحكم في درجة حموضة التربة

في الحقيقة فإنه من أجل تحقيق النمو الأمثل للنبات في أي تربة فإن هناك شروط معينة مطلوبة يجب الأخذ بها بعين الاعتبار، وبعض الأمثلة على المواد المختلطة في التربة لتحييد الحموضة هي: كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري) وهيدروكسيد الكالسيوم (الجير المطفأ).

والآن لا بد من الإجابة على هذه الأسئلة التي لا بد من النظر فيها لفهم المقصود بتفاعل التحييد ومعرفة قدر وجوده في حياتنا وأهميته:

ما هو الناتج النهائي العام لتفاعل التعادل

تتضمن تفاعلات المعادلة الصافية للمعادلات الأيونية القواعد الصلبة والأملاح الصلبة والماء والأحماض الصلبة، إذ أن التفاعل بين كلا من الحمض والقاعدة التي تشكل الماء والملح هو معادلة، كما أنه من الممكن أن توفر الأحماض الصلبة والقواعد الصلبة والأملاح الصلبة والماء معادلات أيونية صافية لتفاعلات التعادل.

ما فائدة التحييد

• يستخدم التحييد من أجل التربة الحمضية، حيث أنه لتحييد هذا النوع من التربة يستخدم المزارعون الجير (أكسيد الكالسيوم).

• كما أنه يوجد حمض الهيدروكلوريك في القناة الهضمية والكثير منه يسبب عسر الهضم، ومن أجل تحييد الحمض الزائد تحتوي أقراص مضادات الحموضة على قواعد مثل هيدروكسيد المغنيسيوم وكربونات المغنيسيوم.

ما هو رد فعل التحييد المستخدم في الحياة اليومية؟

يستخدم الخل من أجل علاج لسعات الدبابير القلوية بطبيعتها، أما لعلاج لسعات النحل ولسعات النمل الحمضية بطبيعتها يستخدم مسحوق الخبز، كما ويحتوي معجون الأسنان على قواعد تعمل على تحييد الحمض الذي ينتج عن الفم من البكتيريا، وأيضا لجعل الكعك ينمو عادة ما يستخدم مسحوق الخبز.

تفاعلات التحييد والمعادلات الأيونية الصافية لتفاعلات التحييد

إن تفاعل التعادل هو تفاعل يتفاعل فيه حمض وقاعدة في محلول مائي لإنتاج ملح وماء، ويسمى كلوريد الصوديوم المائي الذي ينتج في التفاعل بالملح، والملح هو عبارة عن مركب أيوني يتكون من كاتيون من قاعدة وأنيون من حمض، والملح هو أساسًا أي مركب أيوني ليس حمضًا أو قاعدة.

التفاعلات القاعدية القوية الحمضية

عندما يتم خلط كميات متساوية من حمض قوي مثل حمض الهيدروكلوريك مع قاعدة قوية أيضا مثل هيدروكسيد الصوديوم فإن النتيجة التي سنتوصل إليها هي محلول متعادل، حيث أنه لا تحتوي نواتج التفاعل على خصائص الحمض أو القاعدة، علما أن ها هي المعادلة الجزيئية المتوازنة:

NaOH (aq) + HCl (aq)→ NaCl (aq) + H2O (l)

يتم تمثيل التفاعلات الكيميائية التي تحدث في محلول مائي بشكل أكثر دقة بمعادلة أيونية صافية، وتتم كتابة المعادلة الأيونية الكاملة لتحييد حمض الهيدروكلوريك بواسطة القاعدة القوية هيدروكسيد الصوديوم على النحو التالي:

OH-(aq) + H+(aq) +Cl- (aq)+ Na⁺(aq) → Cl- (aq)+Na⁺(aq)+ H2O (l)

ونظرًا لأن كلا من الحمض والقاعدة قويان فإنهما يتأينان بشكل تام، وبالتالي تتم كتابتهما على شكل أيونات كما هو الحال مع مركب NaCl المتكون كناتج، إن كلا من أيونات الصوديوم والكلوريد عبارة عن أيونات متفرجة في التفاعل، وبالتالي يبقى التالي هو صافي التفاعل الأيوني:

(l) H+(aq) + OH-(aq) → H2O

إن جميع تفاعلات المعادلة لحمض قوي بقاعدة قوية تبسط إلى التفاعل الأيوني الصافي لأيون الهيدروجين الذي يتحد مع أيون الهيدروكسيد لإنتاج الماء، ولكن ماذا لو كان الحمض ثنائي البروتونات مثل حامض الكبريتيك؟ ما يحصل أنه تتضمن المعادلة الجزيئية المتوازنة الآن نسبة 1: 2 بين الحمض والقاعدة.

(l) 2NaOH (aq) + H2SO4 (aq)→ Na2SO4 (aq)+ 2H2O

لكي يكون التفاعل معادلة كاملة فإنه يجب أن يتفاعل ضعف عدد مولات من القاعدة القوية هيدروكسيد الصوديوم NaOH مع حامض الكبريتيك H2SO4، الناتج هو ملح كبريتات الصوديوم وهو ملح قابل للذوبان، وبالتالي فإن التفاعل الأيوني الصافي هو نفسه مرة أخرى.

التفاعلات التي تنطوي على حمض ضعيف أو قاعدة ضعيفة

إن التفاعلات التي يكون فيها أحد المكونات على الأقل ضعيفًا لا تؤدي عمومًا إلى محلول محايد أو متعادل، إذ يظهر التفاعل بين حمض النيتروز الضعيف وقاعدة هيدروكسيد البوتاسيوم القوية أدناه.

HNO2 (aq) + KOH(aq) → H2O (l) + KNO2 (aq)

ومن أجل كتابة المعادلة الأيونية الصافية فإنه يجب أن يتم كتابة الحمض الضعيف كجزيء لأنه لا يتأين إلى حد كبير في الماء، حيث أن القاعدة والملح منفصلان تمامًا.

هنا أن الأيون المتفرج الوحيد هو أيون البوتاسيوم مما ينتج عنه صافي المعادلة الأيونية التالية:

ومن الممكن أن تشتمل التفاعلات أيضًا على قاعدة ضعيفة وحمض قوي مما ينتج عنه محلول حمضي قليلاً، وتكون المعادلة كما التالي:

(aq) NH3 (aq) + HCl (aq) → NH4Cl