איזון כימי באויב

שאלות על איזונים כימיים באנם חוזרים מאוד. עם זאת, יצרנו את החומר הזה, שמביא את הנושאים החשובים ביותר בענף זה של כימיה פיזיקלית שנסקר בבחינת התיכון הלאומי (Enem).

בין הנושאים הקשורים לשיווי משקל כימי, יש לנו קבוע שיווי משקל מבחינת ריכוז במול / ליטר ומבחינת לחץ, קבוע שיווי משקל יוני, קבוע יינון, שינוי שיווי משקל, pH ו- pOH, קבוע הידרוליזה, חיץ וקבוע של מְסִיסוּת.

בין הנושאים שתוארו לעיל, חלקם זוכים לבולטות רבה יותר באויב:

• מעבר איזון

• יינון קבוע

• pH

• הידרוליזה מלוחה

שיעור וידאו בנושא איזון כימי באויב

1. שינוי שיווי משקל באויב

1.1- (האויב 2015) היפוקסיה או מחלת גובה מורכבת מירידה בחמצן (O₂) בדם העורקי של הגוף. מסיבה זו, ספורטאים רבים חווים אי נוחות (כאבי ראש, סחרחורת, קוצר נשימה) כאשר הם מתאמנים בפעילות גופנית בגובה רב. בתנאים אלה תחול ירידה בריכוז ההמוגלובין המחומצן (HbO)₂) באיזון בדם, על פי היחסים:

השינוי בריכוז ההמוגלובין המחומצן בדם מתרחש בגלל:

א) העלאת לחץ הדם.

ב) העלייה בטמפרטורת הגוף.

ג) הפחתת טמפרטורת הסביבה.

ד) ירידת הלחץ החלקי של החמצן.

ה) הירידה בכמות כדוריות הדם האדומות.

המוגלובין מחומצן (HbO₂) נמצא במגיבים (בצד ימין) של המשוואה. התרגיל שואל אילו מהאפשרויות יובילו לשינוי בהמוגלובין המחומצן בדם, כלומר הוא יעביר את האיזון שמאלה או ימינה.

א) שקר. זרימת דם מוגברת אינה קשורה ללחץ דם מוגבר.

ב) שקר. הטמפרטורה לא משנה את האיזון הניתן.

ג) שקר. הטמפרטורה לא משנה את האיזון הניתן.

ד) נכון. הפחתת הלחץ החלקי של החמצן מפחיתה את כמות ההמוגלובין המחומצן, ומעבירה את האיזון שמאלה.

ה) שקר. הנפילה במספר תאי הדם האדומים תגרום גם למספר ההמוגלובינים וגם למוגלובינים המחומצנים ליפול.

1.2- (Enem 2011) משקאות קלים הפכו ליותר ויותר יעדים במדיניות בריאות הציבור. מוצרי דבק מכילים חומצה זרחתית, חומר שמזיק לקיבוע סידן, מינרל שהוא המרכיב העיקרי של מטריצת השן. עששת היא תהליך דינמי של חוסר איזון בתהליך של מינון שיניים, אובדן מינרלים עקב חומציות. ידוע כי המרכיב העיקרי של אמייל השן הוא מלח הנקרא hydroxyapatite. הסודה, על ידי נוכחות של סוכרוז, מפחיתה את ה- pH של הביופילם (רובד חיידקי) וגורמת לדימינרליזציה של אמייל השיניים. מנגנוני ההגנה של הרוק נמשכים 20 דקות עד 30 דקות כדי לנרמל את רמת ה- pH, וכך לעשות מינרליזציה מחדש של השן. המשוואה הכימית הבאה מייצגת את התהליך הזה:

בהתחשב בכך שאדם צורך משקאות קלים מדי יום, עלול להיווצר תהליך של מינרליזציה דנטלית כתוצאה מהריכוז המוגבר של:

א) אה^-, שמגיב עם יונים Ca²⁺, העברת האיזון ימינה.

ב) ח⁺, שמגיב עם הידרוקסילים של OH^-, העברת האיזון ימינה.

ג) אה^-, שמגיב עם יונים Ca²⁺, העברת האיזון שמאלה.

ד) ה⁺, שמגיב עם הידרוקסילים של OH^-, העברת האיזון שמאלה.

ה) Ca²⁺, שמגיב עם הידרוקסילים של OH^-, העברת האיזון שמאלה.

תשובה נכונה: אות ב '

פתרון הבעיה

תהליך המינרליזציה מעביר את האיזון ימינה. כאשר האדם שותה סודה, הוא בולע חומר חומצי, כלומר מגדיל את כמות ה- H⁺ באמצע. ה⁺ מתקשר במהירות עם ה- OH^- של שיווי משקל, הפחתת כמות OH^-. באופן זה, האיזון מועבר ימינה, תוך מינון השן.

1.3- (Enem-2013) אחד השלבים בטיפול במים הוא חיטוי, כאשר הכלור הוא השיטה הנפוצה ביותר. שיטה זו מורכבת ממיסת גז כלור בתמיסה בלחץ ומריחתה על המים לחיטוי. משוואות התגובה הכימית המעורבות הן:

פעולת החיטוי נשלטת על ידי חומצה היפוכלורית, שיש לה פוטנציאל חיטוי גדול פי 80 מאניון ההיפוכלוריט. ה- pH של המדיום חשוב מכיוון שהוא משפיע על מידת היינון של חומצה היפוכלורית. כדי שהחיטוי יהיה יעיל יותר, ה- pH של המים שיש לטפל בהם חייב להיות קרוב יותר ל:

א) 0

ב) 5

ג) 7

ד) 9

ה) 14

תשובה נכונה: אות ב '

על פי הטקסט, פעולת החיטוי הטובה ביותר מבוצעת על ידי החומר HClO. לכן, כל פרשנות ומסקנה חייבת להיות מופנית כלפי דרך להשיג חומר זה.

החומר HClO קיים במאזן השני, ולכן טקטיקה מעניינת היא העברת האיזון הזה שמאלה. לשם כך, על פי העיקרון של לה שאטלייר, יש לנו אפשרות להגדיל את כמות H⁺ (הוספת חומר חומצי, pH נמוך מ- 7) או הגדלת כמות Cl^-.

ראוי לציין כי במשוואה הראשונה קיים שיווי משקל כימי נוסף המציג את המין HClO^-, שיש לו זיקה עם H⁺, העברת האיזון שמאלה. זה מהלך שאנחנו לא רוצים.

לכן עלינו להשתמש ב- pH חומצי (מתחת ל -7). עם זאת, pH זה לא אמור להיות חומצי מדי מכדי למנוע הרבה קטיונים H.⁺ באמצע.

ראה גם:איזון כימי במערות

2. pH והידרוליזה מלוחים ב- Enem

2.1- (Enem-2017) ניתן להשיג מספר מוצרים טבעיים מצמחים באמצעות תהליך המיצוי. לפצ'ול הוא ממעמד הנפטוקינון. במבנה שלו הידרוקסיל אנול (pKa = 6.0) המאפשר לבודד תרכובת זו מנסורת האייפ על ידי מיצוי עם פתרון הולם, ואחריו סינון פשוט. קחו בחשבון ש- pKa = -log Ka וכי Ka הוא קבוע החומצה של תגובת יינון הלפצ'ול.

באיזה פתרון כדאי להשתמש כדי להפיק לפצ'ול מנסורת ipê בצורה יעילה יותר?

א) פתרון Na₂שיתוף₃ ליצירת מלח לפצ'ול.

ב) תמיסת מאגר חומצה אצטית / נתרן אצטט (pH = 4.5).

ג) תמיסת NaCI על מנת להגביר את חוזק היונים של המדיום.

ד) תמיסת Na₂רק₄ ליצור זוג יונים עם לפצ'ול.

ה) תמיסת HCI על מנת לחלץ אותה באמצעות תגובת חומצה-בסיס.

ההצהרה מציינת כי ה- pKa של החומר הוא 6.0. יש להשתמש בערך pKa זה בביטוי pKa:

מכיוון שהקא שלך קטן, הלפצ'ול הוא חומר חומצי, לכן כדי להסיר אותו, כדאי להשתמש בחומר בסיסי.

אמת. מלח הוא בסיסי, מכיוון שהוא מגיע מבסיס חזק (כי הוא ממשפחת IA), ו- CO₃ מגיע מחומצה חלשה (H₂שיתוף₃).

ב) שקר. תמיסת החיץ היא חומצית, ואנחנו זקוקים לבסיס.

ג) שקר. NaCl הוא מלח ניטרלי, מכיוון שהוא מגיע מבסיס חזק (כי הוא ממשפחת IA), ו- Cl מגיע מחומצה חזקה (HCl).

ד) שקר. בְּ₂רק₄ הוא מלח ניטרלי, שכן Na מגיע מבסיס חזק (כי הוא ממשפחת IA), ו- SO₄ מגיע מחומצה חזקה (H₂רק₄).

זה מזויף. HCl הוא חומצה, ואנחנו צריכים בסיס.

2.2- (אויב 2014) במטרה למזער את ההשפעות הסביבתיות, החקיקה הברזילאית קובעת כי לשאריות כימיות המשתחררות ישירות לגוף המקבל יש pH בין 5.0 ל -9.0. לפסולת נוזלית מימית הנוצרת בתהליך תעשייתי יש ריכוז יונים הידרוקסיל שווה ל 1.0.10^-10 פְּרוּצָה. כדי לעמוד בחקיקה, כימאי הפריד בין החומרים הבאים, הזמינים במחסן החברה: CH₃COOH, Na₂SO4, CH₃אה, ק₂שיתוף₃ ו- NH₄קל.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

על מנת שהשאריות ישוחררו ישירות לגוף המקבל, באיזה חומר ניתן להשתמש כדי להתאים את ה- pH?

א) CH₃COOH

ב) ב₂רק₄

ג) CH₃הו

ד) ק₂שיתוף₃

ה) NH₄קל

תשובה נכונה: אות ד

פתרון הבעיה

שלב 1: קבע את ה- pH של השאריות.

התרגיל מציין כי לשאריות יש ריכוז הידרוקסיד השווה ל -10^-10.

• לכן אנו יכולים לחשב את ה- pH של שאריות אלה:

מהאמור לעיל, יש לנו כי לשאריות יש אופי חומצי, שכן ה- pH שלה קטן מ- 7. לפיכך, כדי לנטרל אותו, חיוני להשתמש בחומר בעל אופי בסיסי.

שלב 2: קבע את האופי של כל מלח כדי לציין איזה מהם בסיסי, כמו CH₃COOH (חלופה a) היא חומצה ו- CH₃OH (חלופה c) הוא אלכוהול, אורגני עם מעמד חומצי.

ב) מלח נייטרלי, מכיוון שהנא מגיע מבסיס חזק (מכיוון שהוא ממשפחת IA), וה- SO₄ מגיע מחומצה חזקה (H₂רק₄).

ד) מלח בסיסי, שכן K מגיע מבסיס חזק (כי הוא ממשפחת IA) ו- CO₃ מגיע מחומצה חלשה (H₂שיתוף₃).

ה) מלח חומצה, כמו NH₄ מגיע מבסיס חלש (NH₄OH), ו- Cl מגיע מחומצה חזקה (HCl).

2.3- (Enem- 2014) חוקר מבחין כי התווית על אחת הצנצנות בהן הוא שומר תרכיז של אנזימי עיכול אינה קריאה. הוא לא יודע איזה אנזים הכוס מכילה, אך חושד שמדובר בפרוטאז בקיבה, שעובד בקיבה על ידי עיכול חלבון. בידיעה שעיכול בקיבה הוא חומצי והמעי בסיסי, הוא מרכיב חמש מבחנות עם אוכל שונה, הוסף את תרכיז האנזים לתמיסות בעלות pH מוגדר והמתין לראות אם האנזים פועל באיזה שהוא שֶׁלָהֶם. המבחנה שבה על האנזים לפעול כדי לציין שהשערת החוקר נכונה היא המכילה:

א) קוביית תפוחי אדמה בתמיסה עם pH = 9.

ב) נתח בשר בתמיסה עם pH = 5.

ג) חלבון ביצה מבושל בתמיסה עם pH = 9.

חלק) מנת אטריות בתמיסה עם pH = 5.

ה) כדור חמאה בתמיסה עם pH = 9.

תשובה נכונה: אות ב '

התרגיל דורש מהתלמיד פרשנות טובה וקורלציה עם ידע ביוכימי במזונות. הוא מודיע כי החוקר חושב שהאנזים עיכול, פועל ב- pH חומצי ופועל על חלבונים (מכיוון שהוא פרוטאז).

אם אנזים זה פועל בסביבה חומצית, ה- pH חייב להיות פחות מ- 7. בשר מורכב מחלבונים ואילו פסטה מורכבת מפחמימות. אז התשובה הנכונה היא חלופה ב.

2.4- (אויב 2012) עקרת בית הפילה בטעות מים מהפשרת דג במקרר, שהותירו ריח חזק ולא נעים בתוך המכשיר. ידוע כי הריח האופייני של דגים נובע מאמינים, וכי תרכובות אלו מתנהגות כבסיסים. בטבלה מפורטים ריכוזי המימן של כמה חומרים שנמצאו במטבח, ועליהם עקרת הבית חושבת להשתמש בעת ניקוי המקרר.

בין החומרים המפורטים, אילו מהם מתאימים להקלת ריח זה?

א) אלכוהול או סבון

ב) מיץ לימון או אלכוהול

ג) מיץ לימון או חומץ

ד) מיץ לימון, חלב או סבון

ה) סבון או סודה / אפר סודה

תשובה נכונה: אות ג '

פתרון הבעיה

התרגיל מציע מצב בעייתי בו למקרר של עקרת בית יש ריח חזק הנגרם מחומר בעל אופי בסיסי. לפיכך, נשאל אילו חומרים יהיה מעניין לפתור בעיה זו.

כדי לנטרל בסיס, יש צורך להשתמש בחומר בעל אופי חומצי או עם pH נמוך מ- 7. כיצד תרגיל סיפק את ערכי ריכוזי H⁺ מהחומרים, זה היה מספיק כדי להשתמש בכל אחד מהם בביטוי להלן:

לכן:

• מיץ: pH = 2

• חלב: pH = 6

• חומץ: pH = 3

• אלכוהול: pH = 8

• סבון: pH = 12

• חבית: pH = 12

חומרים בעלי אופי חומצי הם מיץ, חומץ וחלב. לפיכך, רק אלטרנטיבה c מביאה חומרים בעלי אופי חומצי.

3. שיווי משקל קבוע באויב

3.1- (Enem-2016) לאחר השחיקה המלאה שלהם, ניתן לצרוב את הצמיגים לייצור חשמל. בין הגזים הנוצרים בעירה מוחלטת של גומי וולקני, חלקם מזהמים וגורמים לגשם חומצי. כדי למנוע את בריחתם לאטמוספירה, ניתן להבעבע גזים אלה לתמיסה מימית המכילה חומר מתאים. שקול את מידע החומרים המופיע בטבלה שלהלן:

בין החומרים המפורטים בטבלה, זה המסוגל להסיר גזים מזהמים בצורה היעילה ביותר הוא (א)

א) פנול.

ב) פירידין.

ג) מתילאמין.

ד) אשלגן מימן פוספט.

ה) אשלגן מימן גופרתי.

תשובה נכונה: אות ד

פתרון הבעיה

התרגיל מהווה מצב בעייתי בו גזים מזהמים מקדמים גשם חומצי. ואז, הוא שואל אילו מהחומרים שהוזכרו יהיה מעניין לנטרל גזים אלה, וכתוצאה מכך להימנע מגשם חומצי.

כדי להימנע מגשם חומצי, יש לנטרל גזים חומציים באמצעות פתרון בסיסי. חומרים בעלי מאפיין זה הם אלה המשחררים באופן מועדף קבוצות OH^- באמצע. בטבלה פירידין, מתילאמין ואשלגן מימן פוספט הם חומרים בסיסיים.

לפיכך, על מנת לקבוע את החומר המסוגל להסיר גזים מזהמים בצורה יעילה יותר, עלינו לנתח את ערך קבוע היינון. ככל שהקבוע גדול יותר, כך היכולת לשחרר OH גדולה יותר^-. אז ה אשלגן מימן פוספט זהו החומר המתאים ביותר במקרה זה.

3.2- (Enem-2015) כמה חומצות משמשות בתעשיות המפנות את מי הקולחין שלהן בגופי מים, כמו נהרות ואגמים, העלולות להשפיע על האיזון הסביבתי. כדי לנטרל את החומציות, ניתן להוסיף למי הקולח מלח סידן בכמויות מתאימות, מכיוון שהוא מייצר ביקרבונט, המנטרל את המים. המשוואות הכרוכות בתהליך מוצגות:

בהתבסס על ערכי קבועי שיווי המשקל של התגובות II, III ו- IV, בגיל 25^או C, מה הערך המספרי של קבוע שיווי המשקל של התגובה I?

א) 4.5x10^-26

ב) 5x10^-5

ג) 0.8x10^-9

ד) 0.2x10⁵

ה) 2.2x10²⁶

תשובה נכונה: אות ב '

פתרון הבעיה

תרגיל זה כרוך ביינון מתמיד. בתחילה, חשוב להבין שמשוואה I היא למעשה התוצאה (סכום) של המשוואות II, III ו- IV. לכן, כדי ליזום את ההחלטה, עלינו להשתמש בעקרונות של חוק הס.

שלב 1: שימוש בחוק הס.

בהיפוך משוואה II ושמירה על משוואות III ו- IV, יש לנו:

לפיכך, אנו יכולים לראות כי האניון CO₃^-2 והקטיון H⁺ יבוטל, וסכום המשוואות יביא למשוואה I.

שלב 2: חישוב מתמיד

קבוע שיווי המשקל של משוואת היינון ניתן תמיד על ידי הכפלת הקבועים של המשוואות האחרות:

על ידי. דיוגו דיאס