التفاعلات في المحاليل المائية (٢)

تقوم الفكرة الأساسية للتفاعلات في المحاليل المائية على حدوث تفاعلات إحلال مزدوج بين المواد المذابة، حيث يكون الماء هو المذيب الدائم، وتؤدي هذه التفاعلات إلى إنتاج رواسب أو ماء أو غازات. وعند مزج محلولين يحتويان على أيونات ذائبة، فإن بعض الأيونات تتفاعل معا بينما تبقى جزيئات المذيب بلا تفاعل، وتسمى الأيونات التي لا تشارك في التفاعل الفعلي بالأيونات المتفرجة. وللتعبير عن هذه التفاعلات رياضيا وكيميائيا، نستخدم المعادلة الأيونية الكاملة والمعادلة الأيونية النهائية التي تحذف الأيونات المتفرجة لتبين فقط الأنواع المشاركة في تكوين الراسب أو الماء. فمثلا عند مزج محلول هيدروكسيد الصوديوم مع حمض الهيدرو氯يك، تتفاعل أions الهيدروجين مع أيونات الهيدروكسيد لتكوين جزيئات الماء، بينما تبقى أيونات الصوديوم والكلوريد كأيونات متفرجة لا تشارك في التفاعل النهائي.

الفكرة الأساسية

تدور فكرة التفاعلات في المحاليل المائية حول تفاعلات الإحلال المزدوج التي تحدث عندما يذوب مركبين أيونين أو جزئيين في الماء، مما يؤدي إلى إعادة ترتيب الأيونات وتكوين رواسب صلبة، أو جزيئات ماء، أو غازات متصاعدة.

الشرح

عندما تذوب المركبات الأيونية في الماء، فإنها تنفصل إلى أيونات موجبة وسالبة حرة الحركة في المحلول المائي. الماء هو المذيب الدائم في هذه العمليات، وبعض المركبات الجزيئية تكون أيونات أيضاً عند ذوبانها. عندما تمزج محلولين يحتويان على أيونات ذائبة، فإن الأيونات تتحرك بحرية، وقد يحدث تجاذب بين أيونات موجبة وأيونات سالبة لتكوين مركب جديد غير ذائب يترسب، أو لتكوين ماء أو غاز. أما الجزيئات الأخرى التي لا تشارك في التفاعل الفعلي وتبقى طليقة في المحلول، فتسمى الأيونات المتفرجة. ولكتابة ما يحدث بدقة، نستخدم المعادلة الأيونية الكاملة التي توضح جميع الأيونات المتواجدة في المحلول، ثم نحذف الأيونات المتفرجة من الطرفين لنحصل على المعادلة الأيونية النهائية التي تقتصر على كتابة الأيونات والمواد التي شاركت فعليا في التفاعل فقط.

مثال محلول خطوة بخطوة

اكتب المعادلة الأيونية الكاملة والمعادلة الأيونية النهائية لتفاعل مزج محلول هيدروكسيد البوتاسيوم $KOH_{(aq)}$ مع محلول حمض الفسفوريك $H_3PO_{4(aq)}$. الخطوة الأولى: كتابة المعادلة الكيميائية الرمزية الموزونة للتفاعل. $3KOH_{(aq)} + H_3PO_{4(aq)} ightarrow 3H_2O_{(l)} + K_3PO_{4(aq)}$ الخطوة الثانية: تفكيك جميع المركبات القوية الذائبة في الماء إلى أيوناتها لتكوين المعادلة الأيونية الكاملة. 3K^+_{(aq)} + 3OH^-_{(aq)} + 3H^+_{(aq)} + PO_4^{3-}_{(aq)} ightarrow 3H_2O_{(l)} + 3K^+_{(aq)} + PO_4^{3-}_{(aq)} الخطوة الثالثة: تحديد وحذف الأيونات المتفرجة الموجودة في طرفي المعادلة بنفس الصورة وهي هنا أيونات البوتاسيوم $K^+$ وأيونات الفسفات $PO_4^{3-}$. الخطوة الرابعة: كتابة المعادلة الأيونية النهائية المتبقية بعد حذف الأيونات المتفرجة. $3H^+_{(aq)} + 3OH^-_{(aq)} ightarrow 3H_2O_{(l)}$ وبقسمة المعاملات على أبسط نسبة تصبح المعادلة النهائية: $H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} ightarrow H_2O_{(l)}$

أخطاء شائعة

• إهمال كتابة الحالة الفيزيائية بجانب كل مادة مثل $(aq)$ و$(s)$ و$(l)$ و$(g)$ مع أنها أساسية لتحديد ما إذا كان المركب مذاباً أو راسباً.
• كتابة الأيونات المتفرجة في المعادلة الأيونية النهائية.
• عدم وزن المعادلة الكيميائية الرئيسية قبل البدء في تفكيك الأيونات.
• تفكيك المواد الصلبة $(s)$ أو السويلة $(l)$ أو الغازية $(g)$ إلى أيونات، والصواب أن تتفكك المركبات المائية الذائبة $(aq)$ القوية فقط.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ماذا يُقصد بالأيون المتفرج في المحاليل المائية؟ الإجابة: هو أيون لا يُشارك في التفاعل الفعلي، ويظهر في طرفي المعادلة الأيونية الكاملة دون أن يتغير. السؤال الثاني: اكتب المعادلة الأيونية النهائية لتفاعل حمض الهيدروكلوريك $HCl_{(aq)}$ مع هيدروكسيد الأمونيوم $NH_4OH_{(aq)}$ والذي ينتج ماء وхлориد الأمونيوم الذائب. الإجابة: $H^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)} ightarrow H_2O_{(l)}$