Et ole epäilemättä kuullut pH-asteikosta, jota käytetään liuoksen (esim. Etikan tai valkaisuaineen) happamuuden mittaamiseen. Luulet luultavasti happojen olevan kirpeitä (esimerkiksi sitruunahappo on yleinen aines makeissa karkeissa) ja toisinaan vaarallisia (useimmat ihmiset oppia yhdistämään sana "happo" "mahdollisiin ihovaurioihin" ennen aikuisiän saavuttamista, vaikka vain Hollywood-elokuvista tai hirvittävistä uutisista raportit).
Mutta mikä on happo, kemiallisesti ottaen? Ja ovatko eri happojen yksittäiset ominaisuudet, jotka helpottavat liuoksen pH: n määrittämistä, kunhan tiedät siihen liuokseen liuotetun hapon moolipitoisuuden? Tätä "allekirjoituksen" ominaisuutta kutsutaan hapon dissosiaatiovakioKa. Joskus epävirallisesti kirjoitettuna nimellä ka, voit laskea pH: n matemaattisesti suoraviivaisella tavalla.
Hapot liuoksessa
Happo on molekyyli, joka voi luovuttaa protonin (ja harvoin useamman kuin yhden protonin peräkkäin) vesiliuoksessa, ts. Liuotettuna veteen ionisoitumaan. Tämä tarkoittaa, että protoni (H
+) jätetään "kellumaan" vesimolekyylien joukossa, missä sitä edustetaan usein a: na hydroniumioni (H3O+) koska vesi kykenee hyväksymään nämä luovutetut protonit. Jäljelle jäänyt molekyyli on anioni.Esimerkki: Hiilihappo (H2CO3) luovuttaa protonin vesiliuoksessa H: ksi+ (ilmaistaan usein H: na3O+) ja bikarbonaatti (HCO3−).
Vahvat hapot, kuten kloorivetyhappo (HCl), luovuttavat protoneja "innokkaammin" kuin huomattavasti useammat heikot hapot, mikä tarkoittaa, että ne voivat purkaa protoneja jopa alhaisen pH-arvon ympäristössä, ts. sellaisessa, jossa on jo runsaasti protoneja eikä siten itse "innokas" tarttumaan lisää. Heikot hapot ovat innokkaita luovuttamaan protoneitaan vain, kun ympäristön pH on korkea, eli protonipitoisuus on suhteellisen pieni.
Mikä on pH-asteikko?
Yllä olet lukenut, että matala pH tarkoittaa ympäristöä, jossa on paljon protoneja, jotka ovat vapautuneet emohapoistaan. Kuten tapahtuu, pH-asteikko on logaritminen tai "log" -asteikko, joka käytännön tarkoituksiin vaihtelee välillä 1-14, happamasta vähäisimpään. PH-yhtälö on:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Tässä [H +] on protonien moolipitoisuus (eli moolien tai yksittäisten atomien / molekyylien lukumäärä litraa liuosta kohti). Jokainen kymmenkertainen protonipitoisuuden nousu ajaa pH: ta alas yksi kokonaislukuyksikkö ja päinvastoin.
Esimerkki: Mikä on 0,025 M protoniliuoksen pH?
pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602
Happoionisaatiovakio Ka
Jokaisella hapolla on oma ionisaatiovakionsa, joka saadaan:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Tässä, [A−], [H3O+] ja [HA] edustavat ionisoidun hapon, protonien ja vastaavasti ionisoituneen (ts. "ehjän") hapon tasapainopitoisuuksia. Ka tarjoaa siten mitan hapon "innostuksesta" purkaa protoneja ja on siten voimaa; mitä voimakkaammin dissosiaatiohappo on tasapainossa, sitä suurempi on osoittaja suhteessa nimittäjään tässä yhtälössä ja sitä korkeampi Ka.
PH: n laskeminen pKa: sta: Henderson-Hasselbach-yhtälö
Voit laskea liuoksen pH-arvon, kun otetaan huomioon hapon pKa ja yllä olevat pitoisuudet, luovutettujen protonien poislukemat. Lasketaan pKa alkaen Ka tarkoittaa saman toiminnon suorittamista kuin pH: n kanssa: Ota K: n negatiivinen logaritmia, ja on vastauksesi.
Johdanto on mukana, mutta Henderson-Hasselbach-yhtälö kertoo nämä määrät seuraavalla tavalla:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Esimerkki: Ka etikkahapon, etikan pääkomponentin, määrä on 1,77 × 10−5. Mikä on liuoksen pH, jossa yksi kymmenesosa haposta on dissosioitunut?
Ratkaise ensin määrittämällä pKa, joka on yksinkertaisesti −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Käytä sitten sitä, että suhde [A−] - [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Tämä tarkoittaa, että pH: ssa, joka on alhaisempi kuin etikkahapon pKa, alle puolet dissosioituu tai ionisoituu; korkeammilla pH-arvoilla yli puolet ionisoituu. Todellakin, jos asetat [A -] = [HA], huomaat, että hapon pKa on yksinkertaisesti pH, jossa puolet haposta dissosioituu ja puolet "ehjä".