የምላሽ ዓይነቶች፣ የመሟሟት መመሪያዎችና የተጣሩ አዮናዊ እኩልታዎች

ከውሃ ውስጥ ምላሾች ጀርባ ያሉ ሦስት ገፊ ኃይሎች

ሁለት መፍትሔዎች ሲቀላቀሉ ምላሽ የሚከሰተው አንድ ነገር አዮኖችን ከመፍትሔው ሲያስወግድ ወይም ኤሌክትሮኖችን ሲያንቀሳቅስ ብቻ ነው። ሦስት ጥያቄዎችን ይጠይቁ። ከአንዱ መፍትሔ ያለ ካቲዮንና ከሌላው ያለ አኒዮን ዝቅተኛ የመሟሟት አቅም ያለው ውህድ ይፈጥራሉ? አሲድ ፕሮቶን ወደ ቤዝ አስተላልፎ ውሃ ወይም ሌላ ደካማ ኤሌክትሮላይት ይፈጥራል? ማንኛውም አቶም የኦክሳይድ ቁጥሩን ይለውጣል፤ ስለዚህ ኤሌክትሮኖች ከአንዱ ንጥረ ነገር ወደ ሌላው ያልፋሉ?

ለመጀመሪያው ጥያቄ አዎ ማለት የዝቃጭ ምላሽ ማለት ነው፤ ለሁለተኛው አዎ አሲድ–ቤዝ ምላሽ፤ ለሦስተኛው አዎ ደግሞ የሪዶክስ ምላሽ። እንደ HCO₃⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l) + CO₂(g) ያሉ ጋዝ የሚፈጥሩ ምላሾች የመጀመሪያው ደረጃ የፕሮቶን ዝውውር ስለሆነ ብዙውን ጊዜ በአሲድ–ቤዝ ሥር ይመደባሉ። ቃጠሎና አንድ ብረት በሌላ መተካት የሪዶክስ ምላሾች ናቸው።

ቤተሰቦቹ እርስ በርስ የሚያገልሉ አይደሉም። የውሃ ውስጥ ባሪየም ሃይድሮክሳይድ ሰልፈሪክ አሲድን ገለልተኛ ሲያደርግ፣ Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(l)፣ ውሃ ይፈጠራል እንዲሁም የማይሟሟ ሰልፌት በተመሳሳይ ምላሽ ውስጥ ይዘቅጣል።

የትኞቹን ንጥረ ነገሮች እንደ አዮኖች መጻፍ እንደሚገባ መወሰን

የተጣራ አዮናዊ እኩልታ በውሃ ውስጥ የትኞቹ ንጥረ ነገሮች እንደ ተለያዩ አዮኖች እንደሚኖሩ ማወቅ ላይ የተመሠረተ ነው። ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች በመሠረቱ ሙሉ በሙሉ ይለያያሉ፦ የሚሟሟ አዮናዊ ውህዶች፣ ጠንካራ አሲዶችና ጠንካራ ቤዞች። (aq) ተብለው ሲሰየሙ እነዚህን እንደ አዮኖች ይጻፉ። የተቀረው ሁሉ ቀመሩን ይይዛል፦ ጠጣሮች፣ ፈሳሾች፣ ጋዞች፣ ደካማ አሲዶች፣ ደካማ ቤዞችና እንደ ግሉኮስ ያሉ ሞለኪውላዊ ሟሞች።

የተለመዱት ጠንካራ አሲዶች HCl፣ HBr፣ HI፣ HNO₃፣ HClO₄ እና H₂SO₄ (ለመጀመሪያው ፕሮቶኑ) ናቸው። በጠቅላላ ኬሚስትሪ የሚያጋጥሙዎትን HF፣ አሴቲክ አሲድ (CH₃COOH) እና ካርቦኒክ አሲድን ጨምሮ ሌላውን ሁሉ ማለት ይቻላል አሲድ እንደ ደካማ ይውሰዱና እንደ ሞለኪውል ያቆዩት። ጠንካራዎቹ ቤዞች የቡድን 1 ሃይድሮክሳይዶችና ከባዱ የቡድን 2 ሃይድሮክሳይዶች ናቸው። አሞኒያ ደካማ ቤዝ ነው፤ እንደ NH₃(aq) ይቆያል።

ውህድ ሲለያይ የብዙ አቶም አዮኖች ሳይነኩ ይቆያሉ። የውሃ ውስጥ ፖታሲየም ክሮሜት 2K⁺(aq) እና CrO₄²⁻(aq) ይሰጣል እንጂ የተለያዩ የፖታሲየም፣ የክሮሚየምና የኦክስጅን አዮኖችን አይደለም።

የመሟሟት መመሪያዎችን መተግበር

የመሟሟት መመሪያዎች በክፍል ሙቀት አካባቢ በውሃ ውስጥ ለአዮናዊ ውህዶች የተስተዋሉ ንድፎችን ያጠቃልላሉ። የሚሟሟ ማለት ጠቃሚ መጠን ይሟሟል ማለት ነው፤ የማይሟሟ ማለት አዮኖቹ በተለመደ የላቦራቶሪ ክምችት ሲገናኙ ጠጣር እንዲፈጠር የመሟሟት አቅሙ ዝቅተኛ ነው ማለት ነው። ምንም አዮናዊ ውህድ በትክክል ዜሮ የመሟሟት አቅም የለውም። ከታች ያለው ዝርዝር በOpenStax Chemistry 2e ክፍል 4.2 ሠንጠረዥ 4.1 ላይ የተመሠረተ ነው።

ዝቃጭን ለመተንበይ ከመቀላቀል በኋላ ያሉ ሁሉንም አዮኖች ይዘርዝሩ፤ ከዚያ እያንዳንዱን ካቲዮን ካልጀመረበት ከእያንዳንዱ አኒዮን ጋር ያጣምሩ። ማንኛውም አዲስ ጥምረት በማይሟሟ ምድብ ውስጥ ከወደቀ ያ ውህድ ይዘቅጣል። ሁሉም ሊሆኑ የሚችሉ ጥምረቶች የሚሟሟ ከሆኑ፣ የፖታሲየም ናይትሬትና የሶዲየም ክሎራይድ መፍትሔዎች ሲቀላቀሉ እንደሚሆነው፣ አዮኖቹ በቀላሉ አብረው ይኖራሉ፤ የተጣራ ምላሽም የለም።

• የቡድን 1 ካቲዮኖች (Li⁺፣ Na⁺፣ K⁺፣ Rb⁺፣ Cs⁺) እና የNH₄⁺ ውህዶች ይሟሟሉ።
• ናይትሬቶች፣ አሴቲቶች፣ ሃይድሮጂን ካርቦኔቶችና ክሎሬቶች ይሟሟሉ።
• ክሎራይዶች፣ ብሮማይዶችና አዮዳይዶች ከAg⁺፣ Hg₂²⁺ እና Pb²⁺ በስተቀር ይሟሟሉ።
• ፍሎራይዶች ከMg²⁺፣ Ca²⁺፣ Sr²⁺፣ Ba²⁺፣ Pb²⁺ እና Fe³⁺ በስተቀር ይሟሟሉ።
• ሰልፌቶች ከAg⁺፣ Ba²⁺፣ Ca²⁺፣ Hg₂²⁺፣ Pb²⁺ እና Sr²⁺ በስተቀር ይሟሟሉ።
• ካርቦኔቶች፣ ክሮሜቶች፣ ፎስፌቶችና ሰልፋይዶች ከቡድን 1 ካቲዮኖችና ከNH₄⁺ ጋር ካልሆነ በስተቀር አይሟሟሉም።
• ሃይድሮክሳይዶች ከቡድን 1 ካቲዮኖችና ከBa²⁺ ጋር ካልሆነ በስተቀር አይሟሟሉም፤ Ca(OH)₂ እና Sr(OH)₂ በጥቂቱ ይሟሟሉ።

የተጣራውን አዮናዊ እኩልታ ደረጃ በደረጃ መገንባት

እያንዳንዱ ደረጃ ምክንያት አለው። መጀመሪያ ሞለኪውላዊውን እኩልታ ማመጣጠን የአቶሞችን ቆጠራ ያረጋግጣል። ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶችን መከፋፈል በብልቃጡ ውስጥ በእውነት ያለውን ያሳያል። ተመልካች አዮኖችን መሰረዝ በሁለቱም ጎኖች ሳይለወጡ የሚታዩትንና በለውጡ ውስጥ ድርሻ የሌላቸውን ንጥረ ነገሮች ያስወግዳል።

የክፍያ ፍተሻ የአቶም ቆጠራ የሚያመልጣቸውን ስህተቶች ይይዛል። የተጣራ አዮናዊ እኩልታ ዜሮ ያልሆነ ጠቅላላ ክፍያ ሊኖረው ይችላል፤ ያ ክፍያ ግን በሁለቱም ጎኖች ተመሳሳይ መሆን አለበት፤ ምክንያቱም ክፍያ እንደ አቶሞች ይጠበቃል።

• የተመጣጠነውን ሞለኪውላዊ እኩልታ በእያንዳንዱ ቀመር ላይ የሁኔታ ምልክት ጽፈው ይጻፉ።
• እያንዳንዱን (aq) ጠንካራ ኤሌክትሮላይት በንዑስ ጽሑፉም በብዜት ቁጥሩም በማባዛት እንደ ተለያዩ አዮኖች እንደገና ይጻፉ።
• በሁለቱም ጎኖች ሳይለወጡ የሚታዩ አዮኖችን ይሰርዙ። እነዚህ ተመልካች አዮኖች ናቸው።
• የቀሩትን ብዜት ቁጥሮች ወደ ትናንሽ ኢንቲጀሮች ይቀንሱ።
• እያንዳንዱ ንጥረ ነገርና ጠቅላላ ክፍያው መመጣጠኑን ያረጋግጡ።

የተሠራ ምሳሌ፦ የብር ክሮሜት ማዝቀጥ

18.0 mL 0.0850 mol/L ፖታሲየም ክሮሜትን ከትርፍ የውሃ ውስጥ ብር ናይትሬት ጋር ይቀላቅላሉ። አዲሶቹ ጥምረቶች Ag⁺ ከCrO₄²⁻ እና K⁺ ከNO₃⁻ ናቸው። ብር የቡድን 1 ካቲዮን አይደለም፤ ስለዚህ ቀይ-ቡናማ የብር ክሮሜት ይዘቅጣል፤ ፖታሲየም ናይትሬት እንደተሟሟ ይቆያል። ሞለኪውላዊ እኩልታ፦ 2AgNO₃(aq) + K₂CrO₄(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2KNO₃(aq)። ሙሉ አዮናዊ እኩልታ፦ 2Ag⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)። K⁺ እና NO₃⁻ን መሰረዝ የተጣራውን አዮናዊ እኩልታ 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) → Ag₂CrO₄(s) ይሰጣል። የክፍያ ፍተሻ፦ 2(+1) + (−2) = በግራ 0፣ በቀኝም 0።

የዝቃጩን ክብደት ለማግኘት ወደ ሁለት አስርዮሽ የተጠጋጉ የIUPAC መደበኛ የአቶም ክብደቶችን ይጠቀሙ፦ Ag 107.87፣ Cr 52.00፣ O 16.00። የAg₂CrO₄ የሞላር ክብደት 2(107.87) + 52.00 + 4(16.00) = 331.74 g/mol ነው። የክሮሜት ሞሎች = 0.0180 L × 0.0850 mol/L = 1.53 × 10⁻³ mol፤ የተጣራው አዮናዊ እኩልታ ለ1 mol CrO₄²⁻ 1 mol Ag₂CrO₄ ይሰጣል። ክብደት = 1.53 × 10⁻³ mol × 331.74 g/mol = 0.508 g። ሁለቱም የተለኩ መጠኖች ሦስት ጉልህ አሃዞች አሏቸው፤ ስለዚህ መልሱም እንዲሁ።

የተሠሩ ምሳሌዎች፦ ደካማ አሲድና በመፍትሔ ውስጥ ያለ ብረት

የውሃ ውስጥ አሴቲክ አሲድ ከውሃ ውስጥ ሶዲየም ሃይድሮክሳይድ ጋር ምላሽ ይሰጣል፦ CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)። አሴቲክ አሲድ ደካማ ነው፤ ስለዚህ ሞለኪውላዊ ሆኖ ይቆያል፤ NaOH እና ሶዲየም አሴቲት ግን ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች ናቸው። Na⁺ ከተሰረዘ በኋላ የተጣራው አዮናዊ እኩልታ CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq) → CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l) ነው። ናይትሪክ አሲድን ከፖታሲየም ሃይድሮክሳይድ ጋር ያነጻጽሩ፤ ሁለቱም ምላሽ ሰጪዎች ጠንካራ ናቸው፤ የተጣራው አዮናዊ እኩልታም ወደ H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) ይቀንሳል።

በብር ናይትሬት መፍትሔ ውስጥ የተቀመጠ የኒኬል ሰቅ በብር ክሪስታሎች ይሸፈናል። ኒኬል ከ0 ወደ +2፣ ብር ደግሞ ከ+1 ወደ 0 ይሄዳል፤ ስለዚህ ይህ ሪዶክስ ነው፤ ናይትሬት ተመልካች ነው። የተጣራው አዮናዊ እኩልታ Ni(s) + 2Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + 2Ag(s) ነው። የ2 ብዜት ቁጥር የሚያስፈልገው በክፍያ ምክንያት ነው እንጂ በአቶሞች አይደለም፦ Ni(s) + Ag⁺(aq) → Ni²⁺(aq) + Ag(s) እያንዳንዱን ንጥረ ነገር ያመጣጥናል፤ ነገር ግን በግራ ጠቅላላ ክፍያው +1 በቀኝ ደግሞ +2 ነው።

በአዮናዊ እኩልታዎች ውስጥ የተለመዱ ስህተቶችና እንዴት እንደሚያዙ

አብዛኞቹ ስህተቶች የሚመጡት ከሂሳብ ሳይሆን ከተሳሳተ ንጥረ ነገር ከመጻፍ ነው። ማንኛውንም ነገር ከመሰረዝዎ በፊት እያንዳንዱ ቀመር በውሃ ውስጥ በእውነት እንደ ተለያዩ አዮኖች ይኖር እንደሆነ ይጠይቁ።

እንደ መጨረሻ ፍተሻ የተጣራውን አዮናዊ እኩልታ እንደ አካላዊ ክስተት ያንብቡት። ሁለት የብር አዮኖችና አንድ ክሮሜት አዮን ጠጣር ሲፈጥሩ ሊመለከቱት የሚችሉት ነገር ነው፤ የተሟሙ አዮኖችን በአጋሮች መካከል ብቻ የሚለዋወጥ እኩልታ ምንም አይገልጽም።

• ደካማ አሲድን መከፋፈል፦ HF(aq) ሞለኪውላዊ ሆኖ ይቆያል። ማንኛውንም አሲድ ከስድስቱ ጠንካራ አሲዶች ጋር ያነጻጽሩ።
• ዝቃጭን መከፋፈል፦ (s) ተብሎ የተሰየመ ቀመር ጠጣሩ አዮናዊ ቢሆንም ሙሉ ሆኖ ይቆያል።
• የብዙ አቶም አዮንን መበታተን፦ NO₃⁻፣ SO₄²⁻ እና CrO₄²⁻ን ሳይነኩ ያቆዩ።
• ንዑስ ጽሑፎችን በተሳሳተ ቦታ ማስቀመጥ፦ K₂CrO₄ 2K⁺ ይሰጣል፤ የK₂⁺ አዮን የለም።
• ሜርኩሪ(I)ን እንደ Hg⁺ መውሰድ፦ እንደ ሁለት አቶም ያለው Hg₂²⁺ ካቲዮን ይኖራል።
• ብዜት ቁጥሮችን ሳይቀንሱ መተው፤ ለምሳሌ 4Ag⁺ + 2CrO₄²⁻ → 2Ag₂CrO₄።
• ሁሉም ጥምረቶች የሚሟሟ ሲሆኑ፣ ውሃ፣ ደካማ ኤሌክትሮላይት ወይም ጋዝ ሳይፈጠር፣ ምንም ነገር ሳይኦክሳይድ ወይም ሳይቀነስ የተጣራ አዮናዊ እኩልታ መጻፍ። ትክክለኛው መልስ ምላሽ የለም የሚል ነው።