- Йонизационен баланс
- Ка
- Уравнение на Хендерсън-Хаселбалч
- употреба
- Йонизационни постоянни упражнения
- Упражнение 1
- Упражнение 2
- Упражнение 3
- Препратки
В йонизация константа, дисоциационната константа или киселинност константа, е свойство, което отразява тенденцията на вещество към водородните йони освобождаване; тоест, тя е пряко свързана със силата на една киселина. Колкото по-висока е стойността на константата на дисоциацията (Ка), толкова по-голямо е освобождаването на водородни йони от киселината.
Когато става въпрос за вода, например, нейната йонизация е известна като „автопротолиза“ или „автоионизация“. Тук водната молекула дава Н + на друг, произвеждайки Н 3 О + и ОН - йони, както е показано на изображението по-долу.
Източник: Cdang, от Wikimedia Commons
Дисоциацията на киселина от воден разтвор може да бъде очертана по следния начин:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
Когато HA представлява киселината, която се йонизира, H 3 О + хидрониев йон, и - нейната конюгирана основа. Ако Ка е високо, повече от НА ще се дисоциира и следователно ще има по-висока концентрация на хидрониевия йон. Това повишаване на киселинността може да се определи, като се наблюдава промяна в pH на разтвора, чиято стойност е под 7.
Йонизационен баланс
Двойните стрелки в горното химическо уравнение показват, че е установен баланс между реагентите и продукта. Тъй като всяко равновесие има константа, същото се случва с йонизацията на киселина и се изразява, както следва:
K = /
Термодинамично, константата Ka се дефинира по отношение на дейности, а не концентрации. Въпреки това, в разредени водни разтвори активността на водата е около 1, а активността на хидрониевия йон, конюгатната основа и недисоциираната киселина са близки до техните моларни концентрации.
Поради тези причини беше въведена употребата на константата на дисоциация (ka), която не включва концентрацията на вода. Това позволява да се схематизира по-опростен начин дисоциацията на слабата киселина и константата на дисоциация (Ка) се изразява в същата форма.
HA <=> Н + + А -
Ка = /
Ка
Константата на дисоциация (Ka) е форма на изразяване на равновесна константа.
Концентрациите на недисоциираната киселина, конюгатната основа и хидрониевият или водородният йон остават постоянни след достигане на условието за равновесие. От друга страна, концентрацията на конюгатната основа и концентрацията на хидрониевия йон са абсолютно еднакви.
Техните стойности са дадени в мощност 10 с отрицателни показатели, така че беше въведена по-опростена и управляема форма на Ka израз, която те нарекоха pKa.
pKa = - log Ka
PKa обикновено се нарича константа на дисоциация на киселина. Стойността на pKa е ясна индикация за силата на дадена киселина.
Тези киселини, които имат стойност pKa по-малка или повече отрицателна от -1,74 (pKa на хидрониевия йон), се считат за силни киселини. Докато киселини, които имат рКа по-голяма от -1,74, те се считат за не-силни киселини.
Уравнение на Хендерсън-Хаселбалч
Уравнение се получава от израза Ка, който е изключително полезен при аналитични изчисления.
Ка = /
Приемайки логаритми, log Ka = log H + + log A - - log HA
И решение за log H +:
-log H = - log Ka + log A - - log HA
След това използвайки определенията на pH и pKa и прегрупирайки термини:
pH = pKa + дневник (A - / HA)
Това е известното уравнение Хендерсън-Хаселбалч.
употреба
Уравнението на Хендерсън-Хаселбах се използва за оценка на рН на буферите, както и как относителните концентрации на конюгатната основа и киселина влияят на рН.
Когато концентрацията на конюгатната основа е равна на концентрацията на киселината, връзката между концентрациите на двата термина е равна на 1; и следователно логаритмът му е равен на 0.
В резултат на това pH = pKa, това е много важно, тъй като в тази ситуация ефективността на буфера е максимална.
Обикновено се приема рН зоната, където има максимален буферен капацитет, където pH = pka ± 1 pH единица.
Йонизационни постоянни упражнения
Упражнение 1
Разреденият разтвор на слаба киселина има следните равновесни концентрации: недисоциирана киселина = 0,065 М и концентрация на основата на конюгат = 9 · 10 -4 М. Изчислете Ка и рКа на киселината.
Концентрацията на водородния йон или хидрониевия йон е равна на концентрацията на конюгатната основа, тъй като те идват от йонизацията на същата киселина.
Заместване в уравнението:
Ка = / ХА
Заместване в уравнението на съответните им стойности:
Ка = (9 10 -4 М) (9 10 -4 М) / 65 10 -3 М
= 1,246 10 -5
И след това изчисляване на pKa
pKa = - log Ka
= - лог 1,246 10 -5
= 4 904
Упражнение 2
Слабата киселина с концентрация 0,03 М има константа на дисоциация (Ка) = 1,5 · 10 -4. Изчислете: а) рН на водния разтвор; б) степента на йонизация на киселината.
При равновесие концентрацията на киселината е равна на (0,03 М - х), където х е количеството киселина, което се дисоциира. Следователно концентрацията на водороден или хидрониев йон е х, каквато е концентрацията на конюгатната основа.
Ка = / = 1,5 10 -6
= = х
Y = 0,03 M - x. Малката стойност на Ка показва, че киселината вероятно се дисоциира много малко, така че (0,03 М - х) е приблизително равна на 0,03 М.
Замяна в Ка:
1,5 10 -6 = x 2/3 10 -2
х 2 = 4,5 10 -8 М 2
x = 2,12 x 10 -4 М
И тъй като х =
pH = - лог
= - лог
рН = 3,67
И накрая, по отношение на степента на йонизация: тя може да бъде изчислена с помощта на следния израз:
o / HA] x 100%
(2.12 10 -4 / 3 10 -2) x 100%
0,71%
Упражнение 3
Изчислявам Ка от процента на йонизация на една киселина, като знам, че тя йонизира с 4,8% от първоначална концентрация 1,5 · 10 -3 М.
За да се изчисли количеството на йонизираната киселина, се определят нейните 4,8%.
Йонизирано количество = 1,5 · 10 -3 M (4,8 / 100)
= 7,2 х 10 -5 М
Това количество йонизирана киселина се равнява на концентрацията на конюгатната основа и концентрацията на хидрониевия или водородния йон при равновесие.
Равновесната концентрация на киселината = начална концентрация на киселина - количеството йонизирана киселина.
= 1,5 10 -3 М - 7,2 10 -5 М
= 1,428 х 10 -3 М
И след това решаване със същите уравнения
Ка = /
Ka = (7,2 · 10 -5 M x 7,2 · 10 -5 M) / 1,428 · 10 -3 M
= 3,63 x 10 -6
pKa = - log Ka
= - лог 3,63 x 10 -6
= 5.44
Препратки
- Химия LibreTexts. (SF). Константа на дисоциация. Възстановено от: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Константа на дисоциация. Възстановено от: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) Осмо издание. Учене в Cengage.
- Segel IH (1975). Биохимични изчисления. 2-ри. Edition. John Wiley & Sons. INC.
- Кабара Е. (2018). Как да се изчисли йонизационната константа на киселината. Изследване. Възстановено от: study.com.