Как да се определи pH от pKa

Несъмнено сте чували за скалата на pH, която се използва за измерване на киселинността на разтвора (например оцет или белина). Вероятно смятате киселините за тръпчиви (например лимонената киселина е често срещана съставка в киселите бонбони) и понякога опасни (повечето хора научете се да свързвате думата "киселина" с "потенциално увреждане на кожата", преди да достигнете зряла възраст, дори и само от холивудски филми или ужасни новини доклади).

Но какво е киселина, химически казано? И има ли индивидуални свойства на различните киселини, които улесняват определянето на рН на разтвора, стига да знаете моларната концентрация на киселината, разтворена в този разтвор? Тази черта на "подпис" се нарича константа на дисоциация на киселинаКа. Понякога неофициално написано като ka, можете да изчислите pH по математически ясен начин.

Киселини в разтвор

Киселината е молекула, която може да отдаде протон (и рядко, повече от един протон последователно) във воден разтвор, т.е. когато се разтвори във вода, за да се йонизира. Това означава, че протонът (H

instagram story viewer
+) се оставя да "плава" сред водните молекули, където често се представя като a хидрониев йон (H3О+) поради способността на водата да приема тези дарени протони. Молекулата, останала след себе си, е анион.
Пример: Карбонова киселина (H2CO3) дарява протон във воден разтвор, за да стане Н+ (често се изразява като H3О+) и бикарбонат (HCO3).

Силните киселини като солната киселина (HCl) по-„жадно“ даряват протони, отколкото много по-многобройните слаби киселини, което означава, че те могат да разтоварят протони дори в среда с ниско рН, т.е. такава, която вече е богата на протони и по този начин не е сама „нетърпелива“ да поеме Повече ▼. Слабите киселини са нетърпеливи да дарят своите протони само когато рН на околната среда е високо, т.е.концентрацията на протона е относително ниска.

Какво представлява скалата на рН?

По-горе прочетохте, че ниското рН предполага среда с много протони, освободени от техните родителски киселини. Както се случва, скалата на pH е логаритмична или "log" скала, която за практически цели варира от 1 до 14, от повечето до най-малко киселинните. Уравнението за рН е:

pH = -log_ {10} [H ^ {+}]

Тук [H +] е моларната концентрация (т.е. броят на моловете или отделните атоми / молекули на литър разтвор) на протони. Всяко десетократно повишаване на концентрацията на протон води до рН надолу от една цяло число и обратно.

Пример: Какво е рН на разтвор от 0,025 М разтвор на протони?

pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602

Постоянната киселинна йонизация Ка

Всяка киселина има своя собствена йонизационна константа, дадена от:

K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}

Ето, [A], [H3О+] и [HA] представляват равновесните концентрации на йонизирана киселина, протони и съответно неионизирана (т.е. „непокътната“) киселина. Ка по този начин предлага мярка за "ентусиазъм" на киселина за разтоварване на протони и по този начин е сила; колкото по-силно дисоциира киселината в равновесие, толкова по-висок е числителят спрямо знаменателя в това уравнение и толкова по-висок е Ка.

Изчисляване на pH от pKa: Уравнението на Хендерсън-Хаселбах

Можете да изчислите рН на разтвор, като се вземат предвид рКа на киселината и концентрациите по-горе, като тези на дарените протони са изключени. Изчисляване pKа от Ка означава извършване на същата операция като при pH: Вземете отрицателния логаритъм на Kа, и там е вашият отговор.

Деривацията е включена, но Уравнение на Хендерсън-Хаселбах свързва тези количества по следния начин:

pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}

Пример: Kа оцетна киселина, основният компонент на оцета, е 1,77 × 10−5. Какво е рН на разтвор, в който 1/10 от киселината е дисоциирана?

За да разрешите, първо определете pKa, което е просто -log10(1.77 × 10−5) = 4.75. След това използвайте факта, че съотношението на [A] до [HA} = 1/10 = 0,1

рН = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75

Това означава, че при рН, по-ниско от рКа на оцетната киселина, по-малко от половината ще бъдат дисоциирани или йонизирани; при по-високи стойности на pH, повече от половината ще бъдат йонизирани. Всъщност, ако зададете [A -] = [HA], ще откриете, че рКа на киселина е просто рН, при което половината от киселината е дисоциирана, а половината е „непокътната“.

Teachs.ru
  • Дял
instagram viewer