Stała jonizacji

Struktura chemiczna stałej jonizacji. Źródło: Wikimedia Commons

Co to jest stałe jonizacja?

stała jonizacji, stała dysocjacji lub stałej kwasowości, jest to właściwość odzwierciedlająca tendencję substancji do uwalniania jonów wodoru. Oznacza to, że jest to bezpośrednio związane z siłą kwasu.

Im większa wartość stałej dysocjacji (KA), tym większe uwalnianie kwasu wodorionów.

Na przykład, jeśli chodzi o wodę, jej jonizacja jest znana pod nazwą „samokropotoliza” lub „samozachowawcza”.

Tutaj cząsteczka wody daje h⁺ do innego, wytwarzanie jonów h₃ALBO⁺ I och^-, Jak widać na obrazie Superior.

Dysocjację roztworu kwasowego można schematyzować w następujący sposób:

Ha +h₂o h₃ALBO⁺     +       DO^-

Gdzie reprezentuje jonizowany kwas, h₃ALBO⁺ do jonu hydronowego i do^- Twoja skoniugowana baza. Jeśli KA jest wysoki, jest głównym.

Ten wzrost kwasowości można określić, obserwując zmianę pH roztworu, którego wartość jest poniżej 7.

Bilans jonizacyjny

Podwójne strzałki w górnym równaniu chemicznym wskazują, że ustalono równowagę między reagentami a produktem. Ponieważ każda równowaga ma stałą, to samo dotyczy jonizacji kwasu i jest wyrażane w następujący sposób:

K = [h₃ALBO⁺][DO^-]/[Ha] [h₂o]

Termodynamicznie, stała KA jest zdefiniowana w kategoriach aktywności, a nie stężenia.

Jednak w rozcieńczonych roztworach wodnych aktywność wody wynosi około 1, a aktywność jonu hydronowego, podstawy sprzężonej i kwasu niedisocjowanego są zbliżone do stężeń molowych.

Może ci służyć: kwas tatarowy

Z tych powodów wprowadzono zastosowanie stałej dysocjacji (KA), która nie obejmuje stężenia wody.

To pozwala na dysocjację słabego kwasu.

Ha h⁺     +      DO^-

Ka = [h⁺][DO^-] / [Ha]

Ka

Stała dysocjacji (KA) jest formą ekspresji stałej równowagi.

Stężenia kwasu niedisocjowanego, podstawy sprzężonej i jonu wodoru lub wodoru pozostają stałe po osiągnięciu warunków równowagi. Z drugiej strony stężenie podstawy koniugatu i jon hydronowy są dokładnie takie same.

Jego wartości podano w mocy 10 z ujemnymi wykładnikami, więc wprowadzono prostsze i łatwiejsze wyrażenie KA, które nazywali PKA.

pKA = - log ka

PKA jest powszechnie nazywana stałą dysocjacji kwasu. Wartość PKA jest wyraźnym wskazaniem siły kwasu.

Te kwasy, które mają niższą lub bardziej ujemną wartość PKA niż -1,74 (jon hydronu PKA) są uważane za silne kwasy. Podczas gdy kwasy, które mają PKA większe niż -1,74, są uważane za kwasy inne niż kasy.

Równanie Henderson-Haselbalch

Z wyrażenia Ka wydedukowane jest równanie, które wynika z ogromnej użyteczności w obliczeniach analitycznych.

Ka = [h⁺][DO^-] / [Ha]

Przyjmowanie logarytmów,

log ka = log h⁺  +   log a^-   -   Log ha

I rozliczanie dziennika h⁺:

-log h = - log ka + log a^-   -   Log ha

Korzystanie z definicji pH i PKA oraz przegrupowanie terminów:

Może ci służyć: hydrory

ph = pka + log (a^- / Ha)

To jest słynne równanie Henderson-Haselbalch.

Używać

Równanie Hendersona-Hasselbacha służy do oszacowania pH roztworów amortyzatora, więc po to, aby wiedzieć, w jaki sposób względne stężenia sprzężonej zasady i kwasu na pH.

Gdy koniugatowe stężenie zasady jest równe stężeniu kwasu, związek między stężeniami obu terminów jest równy 1, a zatem jego logarytm jest równy 0.

W rezultacie pH = pKA, mając to bardzo ważny, ponieważ w tej sytuacji wydajność tłumienia jest maksymalna.

Obszar pH jest zwykle pobierany tam, gdzie występuje maksymalna pojemność bufora, ta, w której ph = pKA ± 1 pH.

Stałe ćwiczenia jonizacyjne

Ćwiczenie 1

Rozcieńczony roztwór słabego kwasu ma w równowadze następujące stężenia: kwas bezdisocjowany = 0,065 mi i stężenie zasady koniugatu = 9,10^-4 M. Oblicz KA i PKA kwasu.

Stężenie wodorii lub jonu hydronowego jest równe stężeniu podstawy sprzężonej, ponieważ pochodzą one z jonizacji tego samego kwasu.

Zastąpienie równania:

Ka = [h⁺][DO^-] / Ha

Zastąpienie w równaniu odpowiednimi wartościami:

Ka = (9 · 10^-4 M) (9 · 10^-4 M) / 65 · 10^-3 M

= 1 246 · 10^-5

A następnie obliczenie jego PKA

pKA =- log ka

= - log 1 246 · 10^-5

= 4 904

Ćwiczenie 2

Słaby kwas o stężeniu 0,03 m, ma stałą dysocjacji (KA) = 1,5,10^-4. Oblicz: a) pH roztworu wodnego; b) stopień kwaśnego kwasu.

W równowadze stężenie kwasu jest równe (0,03 m - x), ponieważ x ilość kwasu, który się dysocjuje. Dlatego stężenie jonu wodoru lub hydronu wynosi x, a także koniugatowe stężenie zasady.

Może ci służyć: fosforan wapnia (CA3 (PO4) 2)

Ka = [h⁺][DO^-] / [Ha] = 1,5,10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

I [ha] = 0,03 m - x. Mała wartość KA wskazuje, że kwas był prawdopodobnie bardzo niewielki, więc (0,03 m - x) wynosi około 0,03 m.

Zastąpienie w KA:

1,5 · 10^-6 = x² /3 · 10^-2

X² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

I jak x = [h⁺]

ph = - log [h⁺]

= - log [2,12 x 10^-4]

ph = 3.67

I wreszcie, w odniesieniu do stopnia jonizacji: można go obliczyć na następującym wyrażeniu:

[H⁺] lub [a^-] / Ha] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) X 100%

0,71%

Ćwiczenie 3

Obliczanie KA z procentu jonizacji kwasu, wiedząc, że jest on jonizowany o 4,8% od początkowego stężenia 1,5,10^-3 M.

Aby obliczyć ilość, kwas kwaśny jest określany przez 4,8%.

Ilość zjonizowana = 1,5,10^-3 M (4,8/100)

= 7,2 x 10^-5 M

Ta ilość jonizowanego kwasu jest równa stężeniu zasady sprzężonej i stężenia jonu wodoru lub wodorii w równowadze.

Stężenie kwasu w równowadze = początkowe stężenie kwasu - ilość jonizowanego kwasu.

[Ha] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1 428 x 10^-3 M

A następnie rozwiązanie 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

Bibliografia

1. Stała dysocjacji. Chem wyzdrowiał.Librettexts.org
2. Stała dysocjacji. Odzyskane z.Wikipedia.org
3. Whitten, k. W., Davis, r. I., Peck, L. P. I Stanley, G. G. (2008). Chemia. Cengage Learning.
4. Segel i. H. (1975). Obliczenia biochemiczne.