- Іонізаційний баланс
- Ка
- Рівняння Гендерсона-Хассельбальха
- Використовуйте
- Постійна вправа іонізації
- Вправа 1
- Вправа 2
- Вправа 3
- Список літератури
Іонізації константа, константа дисоціації або константа кислотності, це властивість , яке відображає тенденцію речовини до іонів виділенню водню; тобто це безпосередньо пов'язано з міцністю кислоти. Чим вище значення константи дисоціації (Ка), тим більше вивільнення іонів водню кислотою.
Наприклад, що стосується води, то її іонізація називається «автопротоліз» або «автоіонізація». Тут молекула води дає Н + іншому, виробляючи іони H 3 O + та OH - , як показано на зображенні нижче.
Джерело: Cdang, з Wikimedia Commons
Дисоціацію кислоти з водного розчину можна окреслити наступним чином:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
Там, де HA являє собою іонізовану кислоту, H 3 O + іон гідронію, а A - її кон'югатну основу. Якщо Ка високий, більше НА буде дисоціювати, і тому буде більш висока концентрація іона гідронію. Це підвищення кислотності можна визначити, спостерігаючи за зміною pH розчину, значення якого нижче 7.
Іонізаційний баланс
Подвійні стрілки у верхньому хімічному рівнянні вказують на встановлення балансу між реагентами та продуктом. Оскільки у кожної рівноваги є константа, те ж саме відбувається з іонізацією кислоти і виражається так:
К = /
Термодинамічно константа Ka визначається з точки зору активності, а не концентрацій. Однак у розведених водних розчинах активність води становить близько 1, а активність іона гідронію, кон'югату основи та нерозчленованої кислоти близькі до їх молярних концентрацій.
З цих причин було введено використання константи дисоціації (ka), яка не включає концентрацію води. Це дає змогу легше окреслити дисоціацію слабкої кислоти, а константа дисоціації (Ka) виражається в тій же формі.
HA <=> Н + + А -
Ка = /
Ка
Константа дисоціації (Ka) - форма вираження константи рівноваги.
Концентрації недисоційованої кислоти, кон'югатної основи та іона гідронію чи водню залишаються постійними після досягнення умови рівноваги. З іншого боку, концентрація кон'югату основи та концентрація іона гідронію абсолютно однакові.
Їх значення задаються потужностями 10 з негативними показниками, тому була введена більш проста і керована форма вираження Ka, яку вони назвали pKa.
pKa = - log Ka
PKa зазвичай називають постійною дисоціації кислоти. Значення pKa - це чітка ознака міцності кислоти.
Ті кислоти, які мають значення pKa менше або більше негативного, ніж -1,74 (pKa іона гідронію), вважаються сильними кислотами. Хоча кислоти, які мають рКа більше -1,74, їх вважають несильними кислотами.
Рівняння Гендерсона-Хассельбальха
Рівняння виводиться з виразу Ka, що надзвичайно корисно в аналітичних розрахунках.
Ка = /
Беручи логарифми,
log Ka = log H + + log A - - log HA
І рішення для журналу H + :
-log H = - log Ka + log A - - log HA
Потім використовуються визначення pH та pKa та перегрупуються терміни:
pH = pKa + log (A - / HA)
Це відоме рівняння Гендерсона-Хассельбальха.
Використовуйте
Рівняння Гендерсона-Хассельбаха використовується для оцінки рН буферів, а також того, як відносні концентрації кон'югату основи та кислоти впливають на рН.
Коли концентрація основи кон'югату дорівнює концентрації кислоти, зв'язок між концентраціями обох доданків дорівнює 1; і тому його логарифм дорівнює 0.
Як наслідок, pH = pKa, це дуже важливо, оскільки в цій ситуації ефективність буфера максимальна.
Зона рН, де є максимальна буферна ємність, зазвичай приймається та, де рН = pka ± 1 одиниця pH.
Постійна вправа іонізації
Вправа 1
Розведений розчин слабкої кислоти має рівноважну концентрацію: недисоційована кислота = 0,065 М та концентрація базової кон'югату = 9 · 10 -4 М. Обчисліть Ка та рКа кислоти.
Концентрація іона водню або іона гідронію дорівнює концентрації кон'югатної основи, оскільки вони походять від іонізації тієї ж кислоти.
Підстановка в рівняння:
Ка = / ХА
Підставляючи в рівняння їх відповідні значення:
Ка = (9 10 -4 М) (9 10 -4 М) / 65 10 -3 М
= 1,246 10 -5
А потім обчислюючи його pKa
pKa = - log Ka
= - лог 1,246 10 -5
= 4 904
Вправа 2
Слабка кислота з концентрацією 0,03 М має константу дисоціації (Ка) = 1,5 · 10 -4 . Обчисліть: а) рН водного розчину; б) ступінь іонізації кислоти.
При рівновазі концентрація кислоти дорівнює (0,03 М - х), де х - кількість кислоти, яка дисоціює. Отже, концентрація водню або іона гідронію дорівнює x, як і концентрація кон'югатної основи.
Ка = / = 1,5 10 -6
= = х
Y = 0,03 М - х. Невелике значення Ka вказує на те, що кислота, ймовірно, дисоціювала дуже мало, тому (0,03 М - х) приблизно дорівнює 0,03 М.
Заміна в Ka:
1,5 10 -6 = х 2/3 10 -2
х 2 = 4,5 10 -8 М 2
х = 2,12 х 10 -4 М
А оскільки x =
pH = - лог
= - журнал
рН = 3,67
І нарешті, щодо ступеня іонізації: її можна обчислити, використовуючи наступний вираз:
o / HA] х 100%
(2,12 10 -4 / 3 10 -2 ) х 100%
0,71%
Вправа 3
Я обчислюю Ка від відсотка іонізації кислоти, знаючи, що вона іонізує на 4,8% від початкової концентрації 1,5 · 10 -3 М.
Для розрахунку кількості кислоти, яка іонізується, визначається її 4,8%.
Іонізована кількість = 1,5 · 10 -3 М (4,8 / 100)
= 7,2 х 10 -5 М
Ця кількість іонізованої кислоти дорівнює концентрації кон'югату основи і концентрації гідронію або іона водню в рівноважному стані.
Рівноважна концентрація кислоти = початкова концентрація кислоти - кількість іонізованої кислоти.
= 1,5 10 -3 М - 7,2 10 -5 М
= 1,428 х 10 -3 М
А потім розв’язування тими самими рівняннями
Ка = /
Ка = (7,2 · 10 -5 М х 7,2 · 10 -5 М) / 1,428 · 10 -3 М
= 3,63 х 10 -6
pKa = - log Ka
= - лог 3,63 х 10 -6
= 5,44
Список літератури
- Хімія LibreTexts. (sf). Константа дисоціації. Відновлено з: chem.libretexts.org
- Вікіпедія. (2018). Константа дисоціації. Відновлено з: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) Восьме видання. Cengage Learning.
- Segel IH (1975). Біохімічні розрахунки. 2-й. Видання. Джон Вілі та сини. INC.
- Кабара Е. (2018). Як розрахувати постійну іонізацію кислоти. Вивчення. Відновлено з: study.com.