Senza dubbio hai sentito parlare della scala del pH, che viene utilizzata per misurare quanto sia acida una soluzione (ad esempio aceto o candeggina). Probabilmente pensi agli acidi come acidi (per esempio, l'acido citrico è un ingrediente comune nelle caramelle acide) e a volte pericolosi (la maggior parte delle persone impara ad associare la parola "acido" a "potenziale danno cutaneo" prima di raggiungere l'età adulta, anche se solo dai film di Hollywood o da notizie terribili rapporti).
Ma cos'è un acido, chimicamente parlando? E ci sono proprietà individuali di diversi acidi che rendono più facile la determinazione del pH di una soluzione, purché si conosca la concentrazione molare dell'acido disciolto in quella soluzione? Quel tratto "firmativo" è chiamato costante di dissociazione acidaKun. A volte scritto informalmente come ka, puoi calcolare il pH in modo matematicamente semplice.
Acidi in Soluzione
Un acido è una molecola che può cedere un protone (e raramente più di un protone in sequenza) in soluzione acquosa, cioè, quando disciolto in acqua, si ionizza. Ciò significa che il protone (H
+) viene lasciato "galleggiare" tra le molecole d'acqua, dove è spesso rappresentato come a ione idronio (H3oh+) a causa della capacità dell'acqua di accettare questi protoni donati. La molecola lasciata è un anione.Esempio: Acido carbonico (H2CO3) dona un protone in soluzione acquosa per diventare H+ (spesso espresso come H3oh+) e bicarbonato (HCO3−).
Gli acidi forti come l'acido cloridrico (HCl) donano protoni più "con entusiasmo" rispetto agli acidi deboli molto più numerosi, il che significa che possono scaricare protoni anche in un ambiente a pH basso, cioè già ricco di protoni e quindi non esso stesso "desideroso" di assumere Di Più. Gli acidi deboli sono desiderosi di donare i loro protoni solo quando il pH ambientale è alto, cioè la concentrazione di protoni è relativamente bassa.
Qual è la scala del pH?
Sopra, hai letto che un pH basso implica un ambiente con molti protoni liberati dai loro acidi genitori. Si dà il caso che la scala del pH sia una scala logaritmica o "log" che ai fini pratici va da 1 a 14, dal più acido al meno. L'equazione del pH è:
pH = -log_{10}[H^{+}]
Qui, [H+] è la concentrazione molare (cioè il numero di moli, o singoli atomi/molecole, per litro di soluzione) dei protoni. Ogni aumento di dieci volte della concentrazione di protoni determina il pH giù di un'unità intera e viceversa.
Esempio: Qual è il pH di una soluzione di 0,025 M di protoni?
pH = −log10[0,025 mol/L] = 1,602
La costante di ionizzazione acida Ka
Ogni acido ha una propria costante di ionizzazione, data da:
K_{a} = \dfrac{[A^{−}][H_{3}O^{+}]}{[HA]}
Qui, [A−], [H3oh+] e [HA] rappresentano rispettivamente le concentrazioni di equilibrio di acido ionizzato, protoni e acido sindacalizzato (cioè "intatto"). Kun offre quindi una misura dell'"entusiasmo" di un acido per scaricare protoni e quindi è la forza; più fortemente dissociato l'acido all'equilibrio, maggiore è il numeratore rispetto al denominatore in questa equazione e maggiore è il Kun.
Calcolo del pH da pKa: l'equazione di Henderson-Hasselbach
Si può calcolare il pH di una soluzione dato il pKa dell'acido e le concentrazioni sopra indicate, escluso quello dei protoni donati. Calcolo pKun da Kun significa eseguire la stessa operazione del pH: prendere il logaritmo negativo di Kun, ed ecco la tua risposta.
La derivazione è coinvolta, ma il Equazione di Henderson-Hasselbach mette in relazione queste grandezze nel modo seguente:
pH = pKa + log_{10}\dfrac{[A^{-}]}{[HA]}
Esempio: il Kun di acido acetico, il componente principale dell'aceto, è 1,77 × 10−5. Qual è il pH di una soluzione in cui 1/10 dell'acido è dissociato?
Per risolvere, determinare prima pKa, che è semplicemente −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Quindi usa il fatto che il rapporto di [A−] a [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Ciò significa che a un pH inferiore al pKa dell'acido acetico, meno della metà sarà dissociato o ionizzato; a valori di pH più alti, più della metà sarà ionizzata. Infatti, se imposti [A −] = [HA], trovi che il pKa di un acido è semplicemente il pH al quale metà dell'acido è dissociata e metà è "intatto".