Nepochybně jste slyšeli o stupnici pH, která se používá k měření toho, jak kyselý je roztok (např. Ocet nebo bělidlo). Pravděpodobně si myslíte, že jsou kyseliny kyselé (například kyselina citronová je běžnou složkou kyselých bonbónů) a občas nebezpečné (většina lidí naučte se spojovat slovo „kyselina“ s „potenciálním poškozením kůže“ před dosažením dospělosti, i když jen z hollywoodských filmů nebo strašných zpráv zprávy).
Ale co je to chemicky vzato kyselina? A existují jednotlivé vlastnosti různých kyselin, které usnadňují stanovení pH roztoku, pokud znáte molární koncentraci kyseliny rozpuštěné v tomto roztoku? Tato „podpisová“ vlastnost se nazývá kyselá disociační konstantaK.A. Někdy neformálně psaný jako ka, můžete vypočítat pH matematicky přímočaře.
Kyseliny v roztoku
Kyselina je molekula, která může darovat proton (a zřídka více než jeden proton v pořadí) ve vodném roztoku, tj. Po rozpuštění ve vodě, aby se stal ionizovaným. To znamená, že proton (H+) je ponecháno „plavat“ mezi molekulami vody, kde je často reprezentováno jako a
hydroniový ion (H3Ó+) kvůli schopnosti vody přijímat tyto darované protony. Zbytek molekuly je anion.Příklad: Kyselina uhličitá (H2CO3) daruje proton ve vodném roztoku, aby se stal H+ (často vyjádřeno jako H3Ó+) a hydrogenuhličitan (HCO3−).
Silné kyseliny, jako je kyselina chlorovodíková (HCl), více „dychtivě“ darují protony než mnohem početnější slabé kyseliny, což znamená, že mohou vyložit protony i v prostředí s nízkým pH, tj. v jednom, který je již bohatý na protony, a proto není sám „dychtivý“ přijímat více. Slabé kyseliny touží darovat své protony, pouze když je okolní pH vysoké, to znamená, že koncentrace protonů je relativně nízká.
Co je to stupnice pH?
Výše jste četli, že nízké pH znamená prostředí se spoustou protonů zbavených svých původních kyselin. Jak se to stává, stupnice pH je logaritmická nebo „logická“ stupnice, která se pro praktické účely pohybuje od 1 do 14, od nejvíce po nejméně kyselou. Rovnice pro pH je:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Zde [H +] je molární koncentrace (tj. Počet molů nebo jednotlivé atomy / molekuly na litr roztoku) protonů. Každé desetinásobné zvýšení koncentrace protonů řídí pH dolů o jednu celočíselnou jednotku a naopak.
Příklad: Jaké je pH roztoku 0,025 M roztoku protonů?
pH = −log10[0,025 mol / l] = 1,602
Kyselinová ionizační konstanta Ka
Každá kyselina má svou vlastní ionizační konstantu danou:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Tady, [A−], [H3Ó+] a [HA] představují rovnovážné koncentrace ionizované kyseliny, protonů a unionizované (tj. „intaktní“) kyseliny. K.A nabízí tedy míru „nadšení“ kyseliny vykládat protony, a tím je síla; čím silněji disociuje kyselina v rovnováze, tím vyšší je čitatel ve vztahu k jmenovateli v této rovnici a čím vyšší je KA.
Výpočet pH z pKa: Henderson-Hasselbachova rovnice
Můžete vypočítat pH roztoku vzhledem k pKa kyseliny a výše uvedeným koncentracím, vyloučeným darovaným protonům. Výpočetní pKA od K.A znamená provedení stejné operace jako u pH: Vezměte záporný logaritmus K.A, a existuje vaše odpověď.
Odvození je zahrnuto, ale Henderson-Hasselbachova rovnice spojuje tato množství následujícím způsobem:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Příklad: KA kyseliny octové, hlavní složky octa, je 1,77 × 10−5. Jaké je pH roztoku, ve kterém je disociována 1/10 kyseliny?
Chcete-li vyřešit, nejprve určete pKa, což je jednoduše −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Pak využijte fakt, že poměr [A−] až [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
To znamená, že při pH nižším než pKa kyseliny octové bude méně než polovina disociována nebo ionizována; při vyšších hodnotách pH bude více než polovina ionizována. Pokud nastavíte [A -] = [HA], zjistíte, že pKa kyseliny je jednoduše pH, při kterém je polovina kyseliny disociována a polovina je „neporušená“.
