Plik stała jonizacji, stała dysocjacji lub stała kwasowości to właściwość, która odzwierciedla tendencję substancji do uwalniania jonów wodoru; to znaczy jest bezpośrednio związane z mocą kwasu. Im wyższa wartość stałej dysocjacji (Ka), tym większe uwalnianie jonów wodoru przez kwas..
Na przykład jeśli chodzi o wodę, jej jonizacja nazywana jest „autoprotolizą” lub „autojonizacją”. Tutaj cząsteczka wody daje H.+ do innego, wytwarzając jony H.3LUB+ i OH-, jak widać na poniższym obrazku.
Dysocjację kwasu z roztworu wodnego można przedstawić w następujący sposób:
HA + HdwaLUB <=> H.3LUB+ + DO-
Gdzie HA oznacza kwas, który jonizuje, H.3LUB+ do jonu hydroniowego i A- jego sprzężona podstawa. Jeśli Ka jest wysokie, więcej HA ulegnie dysocjacji, a zatem będzie wyższe stężenie jonu hydroniowego. Ten wzrost kwasowości można określić obserwując zmianę pH roztworu, którego wartość jest niższa niż 7.
Indeks artykułów
Podwójne strzałki w górnym równaniu chemicznym wskazują, że istnieje równowaga między reagentami a produktem. Ponieważ każda równowaga ma stałą, to samo dzieje się z jonizacją kwasu i wyraża się następująco:
K = [H.3LUB+][DO-] / [HA] [HdwaLUB]
Termodynamicznie stała Ka jest definiowana w kategoriach aktywności, a nie stężeń. Jednak w rozcieńczonych roztworach wodnych aktywność wody wynosi około 1, a aktywność jonu hydroniowego, sprzężonej zasady i niezdysocjowanego kwasu jest zbliżona do ich stężeń molowych..
Z tych powodów wprowadzono stałą dysocjacji (ka), która nie uwzględnia stężenia wody. Pozwala to na uproszczenie schematu dysocjacji słabego kwasu, a stała dysocjacji (Ka) jest wyrażona w tej samej postaci..
HA <=> H.+ + DO-
Ka = [H.+][DO-] / [HA]
Stała dysocjacji (Ka) jest formą wyrażenia stałej równowagi.
Stężenia niezdysocjowanego kwasu, sprzężonej zasady i jonu hydroniowego lub wodorowego pozostają stałe po osiągnięciu stanu równowagi. Z drugiej strony, stężenie sprzężonej zasady i jonu hydroniowego są dokładnie takie same.
Jego wartości są podane w potęgach 10 z ujemnymi wykładnikami, dlatego wprowadzono prostszą i łatwiejszą do opanowania formę wyrażenia Ka, którą nazwali pKa.
pKa = - log Ka
PKa jest powszechnie nazywana stałą dysocjacji kwasu. Wartość pKa jest wyraźnym wskazaniem mocy kwasu.
Te kwasy, które mają wartość pKa mniejszą lub bardziej ujemną niż -1,74 (pKa jonu hydroniowego) są uważane za mocne kwasy. Chociaż kwasy, które mają pKa większe niż -1,74, są uważane za nie mocne kwasy..
Równanie, które jest niezwykle przydatne w obliczeniach analitycznych, jest wyprowadzane z wyrażenia dla Ka..
Ka = [H.+][DO-] / [HA]
Biorąc logarytmy,
log Ka = log H.+ + log A- - log HA
I rozwiązywanie log H+:
-log H = - log Ka + log A- - log HA
Korzystając z definicji pH i pKa oraz przegrupowując terminy:
pH = pKa + log (A- / HA)
To jest słynne równanie Hendersona-Hasselbalcha.
Równanie Hendersona-Hasselbacha służy do oszacowania pH buforów, a także tego, jak względne stężenia zasady koniugatu i kwasu wpływają na pH..
Gdy stężenie sprzężonej zasady jest równe stężeniu kwasu, zależność między stężeniami obu składników jest równa 1; i dlatego jego logarytm jest równy 0.
W konsekwencji pH = pKa, co jest bardzo ważne, ponieważ w tej sytuacji skuteczność buforowania jest maksymalna..
Zwykle przyjmuje się strefę pH, w której występuje maksymalna pojemność buforowa, czyli tę, w której pH = pka ± 1 jednostka pH.
Rozcieńczony roztwór słabego kwasu ma następujące stężenia w równowadze: niezdysocjowany kwas = 0,065 M i stężenie sprzężonej zasady = 9,10-4 M. Obliczyć Ka i pKa kwasu.
Stężenie jonu wodorowego lub jonu hydroniowego jest równe stężeniu sprzężonej zasady, ponieważ pochodzą one z jonizacji tego samego kwasu.
Podstawiając w równaniu:
Ka = [H.+][DO-] / HA
Zastępując w równaniu ich odpowiednie wartości:
Ka = (910-4 M) (910-4 M) / 6510-3 M
= 1246 10-5
A potem obliczenie jego pKa
pKa = - log Ka
= - log 1,246 10-5
= 4,904
Słaby kwas o stężeniu 0,03 M ma stałą dysocjacji (Ka) = 1,5 · 10-4. Obliczyć: a) pH roztworu wodnego; b) stopień jonizacji kwasu.
W stanie równowagi stężenie kwasu jest równe (0,03 M - x), gdzie x jest ilością kwasu, który dysocjuje. Dlatego stężenie wodoru lub jonu hydroniowego wynosi x, podobnie jak stężenie sprzężonej zasady.
Ka = [H.+][DO-] / [HA] = 1,5 · 10-6
[H.+] = [A-] = x
Y [HA] = 0,03 M-x. Mała wartość Ka wskazuje, że kwas prawdopodobnie dysocjował bardzo mało, więc (0,03 M - x) jest w przybliżeniu równe 0,03 M.
Podstawiając w Ka:
1,5 10-6 = xdwa / 3 10-dwa
xdwa = 4,5 10-8 Mdwa
x = 2,12 x 10-4 M
A ponieważ x = [H+]
pH = - log [H.+]
= - log [2,12 x 10-4]
pH = 3,67
I wreszcie, jeśli chodzi o stopień jonizacji: można go obliczyć za pomocą następującego wyrażenia:
[H.+] lub [A-] / HA] x 100%
(2, 12 10-4 / 3 10-dwa) x 100%
0,71%
Obliczam Ka z procentu jonizacji kwasu, wiedząc, że jonizuje on o 4,8% od początkowego stężenia 1,5 · 10-3 M.
Aby obliczyć ilość zjonizowanego kwasu, określa się jego 4,8%.
Ilość zjonizowana = 1,5 · 10-3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10-5 M
Ta ilość zjonizowanego kwasu jest równa stężeniu sprzężonej zasady i stężeniu jonu hydroniowego lub wodorowego w stanie równowagi..
Stężenie kwasu w stanie równowagi = początkowe stężenie kwasu - ilość zjonizowanego kwasu.
[HA] = 1,5 · 10-3 M - 7,2 10-5 M
= 1428 x 10-3 M
A potem rozwiązywanie tych samych równań
Ka = [H.+][DO-] / [HA]
Ka = (7,2 · 10-5 M x 7,2 10-5 M) / 1428 10-3 M
= 3,63 x 10-6
pKa = - log Ka
= - log 3,63 x 10-6
= 5,44
Jeszcze bez komentarzy