نقطة التكافؤ: معناها والفرق بينها وبين نقطة النهاية

الخلاصة السريعة

نقطة التكافؤ هي المرحلة التي تتفاعل فيها كمية المعايِر مع المادة المعايَرة بحسب نسب المعادلة الموزونة. أما نقطة النهاية فهي الإشارة التي نرصدها لتحديد انتهاء المعايرة. ^[1]

• نسبة المولات تتبع معاملات التفاعل، ولا يلزم تساوي المولات. ^[1]
• نقطة النهاية قد تأتي قبل التكافؤ أو بعده. ^[1]
• في معايرة حمض قوي بقاعدة قوية، يكون pH التكافؤ 7 عند 25 °C. ^[2][3]
• مع حمض ضعيف وقاعدة قوية يكون pH التكافؤ أعلى من 7. ^[2]
• في مثالنا: حجم نهاية 24.15 mL يزيد 0.15 mL على حجم تكافؤ 24.00 mL.

نسبة المولات عند نقطة التكافؤ

نتحدث عن اكتمال النسبة الستوكيومترية المطلوبة للتفاعل، لا عن تعريف الاتزان الكيميائي. وعندما تختلف معاملات المواد، تختلف كميات المولات اللازمة للوصول إلى التكافؤ. ^[1]

نضع نموذجًا حسابيًا معلنًا: A تتفاعل مع B وفق A + 3B → نواتج. هذه الرموز تمثل مثالًا تعليميًا مجردًا، وليست وصفة لتحضير مواد. إذا اخترنا n(A) = 0.004 mol، فالتكافؤ في نموذجنا يحتاج n(B) = 3 × 0.004 = 0.012 mol.

إضافة 0.008 mol من B تعطي نسبة 0.008/0.004 = 2، وهي أقل من المعامل 3. أما 0.015 mol فتعطي 3.75، وتتجاوز المطلوب في النموذج. يتوسطهما مقدار 0.012 mol الذي يحقق النسبة المختارة تمامًا.

لذلك لا نعتمد على تساوي الرقمين 0.004 و 0.004. لو استعملناهما هنا لكانت النسبة 1، ولم تحقق المعادلة التي اخترناها. راجع معاملات المعادلة قبل تطبيق أي اختصار؛ صورة التفاعل هي التي تحدد حساب هذا المثال.

كيف نفهم نقطة النهاية وخطأ الحجم؟

الإشارة التجريبية، كتغير لون الدليل، لا تطابق التكافؤ بالضرورة. يمكن التعبير عن فرق الحجم بالطرح Vالنهاية − Vالتكافؤ؛ الإشارة السالبة تعني نهاية مبكرة، والموجبة نهاية متأخرة. ^[1]

افترض في مثال مستقل أن حجم التكافؤ 24.00 mL. عند تسجيل النهاية في 23.85 mL يكون الفرق 23.85 − 24.00 = −0.15 mL. وعند تسجيلها في 24.15 mL يكون الفرق 24.15 − 24.00 = +0.15 mL.

إذا نسبنا هذين الفرقين إلى الحجم المختار 24.00 mL، حصلنا على −0.15/24 × 100 = −0.625% و +0.15/24 × 100 = +0.625%. هذه أعداد تعليمية محسوبة، ولا تمثل دقة جهاز أو تجربة فعلية.

الرسم داخل المقال يضع الأحجام الثلاثة على محور متدرج. لا يعرض منحنى pH أو دليلًا بعينه؛ فهو يشرح موضع الإشارة المسجلة بالنسبة إلى الحجم المرجعي فقط.

هل تكون نقطة التكافؤ عند pH 7 دائمًا؟

تركيب المحلول بعد التفاعل يحدد pH التكافؤ؛ مثال الحمض الضعيف مع القاعدة القوية يترك قاعدة مرافقة ترفع pH فوق 7. لهذا لا يكفي وقوع التكافؤ للقول إن المحلول متعادل. ^[2]

اسأل سؤالين منفصلين عند قراءة المثال: هل تحققت نسبة المولات؟ وما طبيعة المحلول الناتج؟ حسابنا الرمزي السابق أجاب الأول، ولم يعط اسم حمض أو قاعدة أو ثابت تفكك يتيح حساب الثاني.

كذلك لا يكفي ظهور حجم قريب من 24.00 mL لإثبات أن تغير اللون وقع بالضبط عند التكافؤ. في مثال الأحجام، 23.85 و 24.15 قريبان بالمقدار نفسه، لكن أحدهما أقل من المرجع والآخر أكبر.

للمراجعة، اختر حجم نهاية 24.06 mL في النموذج نفسه. الفرق 24.06 − 24.00 = 0.06 mL، والنسبة 0.06/24 × 100 = 0.25%. هذه مراجعة للحساب، وليست حكمًا على صلاحية معايرة حقيقية.