Kétségtelenül hallottál a pH-skáláról, amelyet arra használnak, hogy megmérjék, mennyire savas az oldat (pl. Ecet vagy fehérítő). Valószínűleg úgy gondolja, hogy a savak savanykásak (például a citromsav a savanyú cukorkák gyakori összetevője) és időnként veszélyesek (az emberek többsége tanulja meg társítani a "sav" szót a "lehetséges bőrkárosodással", még felnőttkora előtt, még ha csak hollywoodi filmekből vagy súlyos hírekből is jelentések).
De mi is egy sav, vegyileg nézve? És vannak-e a különféle savak egyedi tulajdonságai, amelyek megkönnyítik az oldat pH-jának meghatározását, amennyiben ismeri az oldatban oldott sav moláris koncentrációját? Ezt az "aláírás" tulajdonságot nevezzük sav disszociációs állandóKa. Néha informálisan ka néven írva matematikailag egyértelműen kiszámíthatja a pH-t.
Savak oldatban
A sav olyan molekula, amely protont (és ritkán egynél több protont adhat) vizes oldatban, azaz vízben oldva adhat ionizálódássá. Ez azt jelenti, hogy a proton (H+) hagyják "lebegni" a vízmolekulák között, ahol gyakran a-ként ábrázolják
Példa: Szénsav (H2CO3) egy protont ad vizes oldatban, hogy H-vá váljon+ (gyakran H-ként fejezik ki3O+) és hidrogén-karbonát (HCO3−).
Az erős savak, például a sósav (HCl) "lelkesebben" adományoznak protonokat, mint a jóval több gyenge sav, vagyis alacsony pH-jú környezetben is kipakolhatják a protonokat, azaz már protonokban gazdagok, és így nem "szívesen" veszik fel a protonokat több. A gyenge savak csak akkor szívesen adják protonjaikat, ha a környezeti pH magas, vagyis a protonkoncentráció viszonylag alacsony.
Mi a pH-skála?
Fentebb azt olvasta, hogy az alacsony pH olyan környezetet jelent, amelyben sok proton szabadul fel a szülői savaktól. Amint előfordul, a pH-skála logaritmikus vagy "log" skála, amely gyakorlati célokra 1-től 14-ig terjed, a legtöbbtől a legkevésbé savasig. A pH egyenlete:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Itt a [H +] a protonok moláris koncentrációja (azaz mol / koncentráció vagy egyes atomok / molekulák száma literenként oldatban). A protonkoncentráció minden tízszeres növekedése vezérli a pH-t le- egy egész egységgel és fordítva.
Példa: Mennyi a 0,025 M protonoldat oldatának a pH-ja?
pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602
A savas ionizációs állandó Ka
Minden savnak megvan a maga ionizációs állandója, amelyet a következők adnak meg:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Itt egy−], [H3O+] és [HA] az ionizált sav, a protonok és az egyesült (azaz "ép") sav egyensúlyi koncentrációit képviseli. Ka így egy sav "lelkesedését" kínálja a protonok eltávolítására, és ezáltal az erő; minél erősebben disszociál a sav egyensúlyban, annál magasabb a számláló a nevezőhöz képest ebben az egyenletben, és annál magasabb a Ka.
A pH kiszámítása pKa-ból: A Henderson-Hasselbach-egyenlet
Kiszámíthatja az oldat pH-értékét, figyelembe véve a sav pKa értékét és a fenti koncentrációkat, az adományozott protonokét nem számítva. A pK kiszámításaa K-tóla azt jelenti, hogy ugyanazt a műveletet hajtjuk végre, mint a pH-nál: Vegyük a K negatív logaritmusáta, és ott van a válaszod.
A levezetés érintett, de a Henderson-Hasselbach-egyenlet ezeket a mennyiségeket a következő módon kapcsolja össze:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Példa: A Ka az ecetsav, az ecet fő összetevője, 1,77 × 10−5. Mi a pH-ja annak az oldatnak, amelyben a sav 1/10-e disszociál?
A megoldáshoz először határozza meg a pKa értéket, amely egyszerűen −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Ezután használja azt a tényt, hogy az [A−] - [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Ez azt jelenti, hogy az ecetsav pKa-nál alacsonyabb pH-nál kevesebb, mint a fele disszociálódik vagy ionizálódik; magasabb pH-értékeknél több mint a fele ionizálódik. Valójában, ha az [A -] = [HA] értéket állítja be, akkor azt tapasztalja, hogy egy sav pKa értéke egyszerűen az a pH, amelynél a sav fele disszociál, fele pedig "ép".