نقطة التكافؤ

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

نقطة التكافؤ ، أو النقطة الستويكيومترية ، في التفاعل الكيميائي هي النقطة التي تتحد عندها كميات متكافئة كيميائيًا من المواد المتفاعلة . في تفاعل الحمض والقاعدة ، تكون نقطة التكافؤ هي النقطة التي تتساوى عندها مولات الحمض مع مولات القاعدة وفقًا للتفاعل الكيميائي. [ 1 ] لا يعني هذا بالضرورة نسبة مولية 1:1 بين الحمض والقاعدة، بل يعني فقط أن النسبة هي نفسها النسبة في التفاعل الكيميائي. ويمكن تحديدها باستخدام كاشف، مثل الفينول فثالين أو برتقالي الميثيل .

تشير نقطة النهاية إلى النقطة التي يتغير عندها لون المؤشر في عملية المعايرة اللونية . ترتبط نقطة النهاية بنقطة التكافؤ، لكنهما ليستا بالضرورة متطابقتين.

طرق تحديد نقطة التكافؤ

تتضمن الطرق المختلفة لتحديد نقطة التكافؤ ما يلي:

مؤشر الرقم الهيدروجيني

مؤشر الرقم الهيدروجيني هو مادة يتغير لونها استجابةً لتغير كيميائي . يتغير لون مؤشر الحموضة والقلوية، مثل الفينول فثالين ، تبعًا لتغير الرقم الهيدروجيني . كما تُستخدم مؤشرات الأكسدة والاختزال بكثرة. تُضاف قطرة من محلول المؤشر إلى محلول المعايرة في البداية؛ وعند تغير اللون، تكون نقطة النهاية قد تم الوصول إليها. وهذا يُعدّ تقريبًا لنقطة التكافؤ. [ 1 ]

تصرف

تعتمد موصلية المحلول على الأيونات الموجودة فيه. وخلال العديد من عمليات المعايرة، تتغير الموصلية بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، خلال معايرة حمض-قاعدة، تتفاعل أيونات الهيدرونيوم ( H₃O⁺ ) والهيدروكسيد ( OH⁻ ) لتكوين الماء (H₂O) المتعادل . يؤدي هذا إلى تغيير موصلية المحلول. كما تعتمد الموصلية الكلية للمحلول على الأيونات الأخرى الموجودة فيه (مثل الأيونات المضادة). لا تُساهم جميع الأيونات بالتساوي في الموصلية؛ ويعتمد ذلك أيضًا على حركة كل أيون وعلى التركيز الكلي للأيونات ( القوة الأيونية ). لذا، فإن التنبؤ بتغير الموصلية أصعب من قياسه.

تغيير اللون

في بعض التفاعلات، يتغير لون المحلول دون إضافة أي مؤشر. ويُلاحظ هذا غالبًا في معايرات الأكسدة والاختزال ، على سبيل المثال، عندما تُنتج حالات الأكسدة المختلفة للمنتج والمتفاعل ألوانًا مختلفة.

تساقط

إذا نتج عن التفاعل مادة صلبة، فسيتشكل راسب أثناء المعايرة. ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك تفاعل أيونات الفضة (Ag +) مع أيونات الكلوريد (Cl- ) لتكوين ملح كلوريد الفضة (AgCl) شديد الذوبان . ومع ذلك، يصعب عادةً تحديد نقطة النهاية بدقة. ونتيجةً لذلك، غالبًا ما تُجرى معايرات الترسيب كمعايرات عكسية .

مسعر المعايرة متساوي الحرارة

يستخدم مقياس السعرات الحرارية للمعايرة متساوية الحرارة الحرارة الناتجة أو المستهلكة في التفاعل لتحديد نقطة التكافؤ. وهذا أمر بالغ الأهمية في المعايرات الكيميائية الحيوية ، مثل تحديد كيفية ارتباط المواد المتفاعلة بالإنزيمات .

المعايرة الحرارية

المعايرة الحرارية تقنية متعددة الاستخدامات بشكل استثنائي. وتختلف عن المعايرة الحرارية في أن حرارة التفاعل (كما يُشير إليها ارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة) لا تُستخدم لتحديد كمية المادة المراد تحليلها في محلول العينة. بدلاً من ذلك، تُحدد نقطة التكافؤ من خلال معدل تغير درجة الحرارة . ولأن المعايرة الحرارية تقنية نسبية، فليس من الضروري إجراء المعايرة في ظروف متساوية الحرارة، ويمكن إجراؤها في أوعية بلاستيكية أو حتى زجاجية ، مع أن هذه الأوعية تُغلق عادةً لمنع تيارات الهواء من إحداث تشويش والتأثير على نقطة النهاية. ولأن المعايرة الحرارية يُمكن إجراؤها في الظروف المحيطة، فهي مناسبة بشكل خاص لعمليات مراقبة الجودة الروتينية في الصناعة. وبحسب ما إذا كان التفاعل بين المُعاير والمادة المراد تحليلها طاردًا أو ماصًا للحرارة ، فإن درجة الحرارة سترتفع أو تنخفض أثناء المعايرة. عند استهلاك جميع المادة المراد تحليلها بالتفاعل مع المُعاير، يُشير تغير معدل ارتفاع أو انخفاض درجة الحرارة إلى نقطة التكافؤ، ويمكن ملاحظة نقطة انعطاف في منحنى درجة الحرارة. يُمكن تحديد نقطة التكافؤ بدقة باستخدام المشتقة الثانية لمنحنى درجة الحرارة. تستخدم البرامج المستخدمة في أنظمة المعايرة الحرارية الآلية الحديثة خوارزميات تنعيم رقمية متطورة بحيث لا يؤثر "التشويش" الناتج عن مجسات درجة الحرارة عالية الحساسية على توليد "ذروة" متماثلة وناعمة للمشتقة الثانية، والتي تُحدد نقطة النهاية. تتميز هذه التقنية بدقة عالية جدًا، حيث تُعدّ معاملات التباين (CV) الأقل من 0.1 شائعة. تتكون مجسات درجة حرارة المعايرة الحرارية الحديثة من مقاوم حراري يُشكل أحد أذرع جسر ويتستون . عند اقترانها بإلكترونيات عالية الدقة، يُمكن لأفضل أنظمة المعايرة الحرارية قياس درجات الحرارة بدقة تصل إلى 10⁻⁵ كلفن . وقد تم الحصول على نقاط تكافؤ دقيقة في معايرات كان فيها تغير درجة الحرارة أثناء المعايرة ضئيلاً للغاية، يصل إلى 0.001 كلفن. يمكن تطبيق هذه التقنية على أي تفاعل كيميائي تقريبًا في سائل يحدث فيه تغير في المحتوى الحراري ، مع العلم أن حركية التفاعل قد تؤثر على دقة نقطة النهاية. وقد طُبقت المعايرة الحرارية بنجاح على معايرات الأحماض والقواعد، ومعايرات الأكسدة والاختزال، ومعايرات EDTA ، ومعايرات الترسيب. ومن أمثلة معايرات الترسيب الناجحة معايرة الكبريتات.يمكن قياس تركيز أيونات البوتاسيوم في المحاليل غير المائية باستخدام المعايرة بأيونات الباريوم ، والفوسفات باستخدام المعايرة بالمغنيسيوم في محلول الأمونيا ، والكلوريد باستخدام المعايرة بنترات الفضة ، والنيكل باستخدام ثنائي ميثيل جليوكسيم ، والفلوريد باستخدام المعايرة بالألومنيوم (على هيئة K₂NaAlF₆ ) . ولأن مسبار قياس الحرارة لا يحتاج إلى توصيل كهربائي بالمحلول (كما في المعايرة الجهدية )، يمكن إجراء المعايرات غير المائية بسهولة المعايرات المائية. ويمكن تحليل المحاليل شديدة التلوّن أو العكرة (المُغْرَقة) باستخدام قياس الحرارة دون الحاجة إلى معالجة إضافية للعينات. ولا يحتاج المسبار إلى صيانة تُذكر. وباستخدام السحاحات الحديثة عالية الدقة التي تعمل بمحركات خطوية ، تكتمل المعايرات الحرارية الآلية عادةً في غضون دقائق معدودة، مما يجعل هذه التقنية خيارًا مثاليًا في المختبرات التي تتطلب إنتاجية عالية.

التحليل الطيفي

يمكن استخدام التحليل الطيفي لقياس امتصاص الضوء بواسطة المحلول أثناء المعايرة إذا كان طيف المتفاعل أو المعاير أو الناتج معروفًا. ويمكن استخدام الكميات النسبية للناتج والمتفاعل لتحديد نقطة التكافؤ. بدلاً من ذلك، يمكن الكشف عن وجود المعاير الحر (مما يدل على اكتمال التفاعل) عند مستويات منخفضة جدًا. ومن الأمثلة على أجهزة الكشف القوية لنقطة النهاية المستخدمة في حفر أشباه الموصلات جهاز EPD-6، وهو نظام يفحص التفاعلات عند ما يصل إلى ستة أطوال موجية مختلفة. [ 2 ]

قياس التيار الكهربائي

يمكن استخدام قياس التيار الكهربائي كتقنية للكشف ( المعايرة الأمبيرومترية ). يعتمد التيار الناتج عن أكسدة أو اختزال المتفاعلات أو النواتج عند قطب العمل على تركيز تلك المادة في المحلول. ويمكن الكشف عن نقطة التكافؤ من خلال تغير التيار. تُعد هذه الطريقة مفيدة للغاية عندما يمكن اختزال المعاير الزائد، كما هو الحال في معايرة الهاليدات بأيونات الفضة (Ag + ). (وهذا مفيد أيضًا لأنه يتجاهل الرواسب).

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 ريني، ريتشارد، محرر. (2016). قاموس الكيمياء . مرجع أكسفورد السريع (  الطبعة السابعة). أكسفورد، المملكة المتحدة: مطبعة جامعة أكسفورد. ص  286. ISBN 978-0-19-872282-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-04-2026 – عبر أرشيف الإنترنت .
  2. ↑ "عنوان الصفحة" . www.zebraoptical.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-09-2017 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-06-2015 .