Nesumnjivo ste čuli za pH ljestvicu koja se koristi za mjerenje koliko je kisela otopina (npr. Ocat ili izbjeljivač). Vjerojatno mislite da su kiseline kisele (na primjer, limunska kiselina čest je sastojak kiselih bombona) i ponekad opasne (većina ljudi naučite povezivati riječ "kiselina" s "potencijalnim oštećenjem kože" prije punoljetnosti, čak iako samo iz hollywoodskih filmova ili strašnih vijesti izvještaji).
Ali što je kiselina, kemijski gledano? A postoje li pojedinačna svojstva različitih kiselina koja olakšavaju određivanje pH otopine, sve dok znate molarnu koncentraciju kiseline otopljene u toj otopini? Ta se osobina "potpisa" naziva konstanta disocijacije kiselineKa. Ponekad se neformalno zapisuje kao ka, možete izračunati pH matematički izravno.
Kiseline u otopini
Kiselina je molekula koja može donirati proton (a rijetko i više protona u nizu) u vodenoj otopini, tj. Kada se otopi u vodi, da postane ionizirana. To znači da je proton (H+) je ostavljeno da "pluta" među molekulama vode, gdje je često predstavljeno kao
Primjer: Karbonska kiselina (H2CO3) donira proton u vodenoj otopini da postane H+ (često se izražava kao H3O+) i bikarbonata (HCO3−).
Jake kiseline poput klorovodične kiseline (HCl) "željnije" doniraju protone od daleko brojnijih slabih kiselina, što znači da oni mogu iskrcati protone čak i u okruženju s niskim pH, tj. onom koji je već bogat protonima i samim time nije "željan" preuzimanja više. Slabe kiseline samo žele donirati svoje protone kada je pH okoline visok, odnosno koncentracija protona je relativno niska.
Što je pH skala?
Iznad ste pročitali da nizak pH podrazumijeva okoliš s puno protona oslobođenih svojih matičnih kiselina. Inače, pH skala je logaritamska ili "log" ljestvica koja se u praktične svrhe kreće od 1 do 14, od većine do najmanje kisele. Jednadžba za pH je:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Ovdje je [H +] molarna koncentracija (tj. Broj molova ili pojedinačnih atoma / molekula po litri otopine) protona. Svako deseterostruko povećanje koncentracije protona pokreće pH dolje za jednu cjelobrojnu jedinicu i obrnuto.
Primjer: Koliki je pH otopine od 0,025 M otopine protona?
pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602
Konstanta kiselinske jonizacije Ka
Svaka kiselina ima svoju ionizacijsku konstantu, danu pomoću:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Evo, [A−], [H3O+] i [HA] predstavljaju ravnotežne koncentracije ionizirane kiseline, protona i unionizirane (tj. "netaknute") kiseline. Ka tako nudi mjeru "entuzijazma" kiseline za rasterećenje protona, a time je i snaga; što je jače disocirana kiselina u ravnoteži, brojnik je veći u odnosu na nazivnik u ovoj jednadžbi i veći je Ka.
Izračunavanje pH iz pKa: Henderson-Hasselbach-ova jednadžba
Možete izračunati pH otopine s obzirom na pKa kiseline i gornje koncentracije, osim doniranih protona. Računanje pKa iz Ka znači izvođenje iste operacije kao i kod pH: Uzmite negativni logaritam Ka, i tu je vaš odgovor.
Izvođenje je uključeno, ali Henderson-Hasselbach jednadžba odnosi ove količine na sljedeći način:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Primjer: Ka octene kiseline, glavne komponente octa, iznosi 1,77 × 10−5. Koliki je pH otopine u kojoj se disocira 1/10 kiseline?
Da biste riješili, prvo odredite pKa, koji je jednostavno −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Zatim upotrijebite činjenicu da je omjer [A−] do [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
To znači da će pri pH nižem od pKa octene kiseline manje od polovice biti disocirano ili ionizirano; pri višim pH vrijednostima, više od polovice bit će ionizirano. Zapravo, ako postavite [A -] = [HA], ustanovit ćete da je pKa kiseline jednostavno pH pri kojem je polovica kiseline disocirana, a polovica "netaknuta".