용액 (예: 식초 또는 표백제)의 산성 정도를 측정하는 데 사용되는 pH 척도에 대해 들어 보셨을 것입니다. 산을 신맛이 나는 것으로 생각하고 (예를 들어, 구연산은 신맛이 나는 사탕의 일반적인 성분) 때로는 위험합니다 (대부분의 사람들은 성인이되기 전에 "산성"이라는 단어를 "피부 손상 가능성"과 연관시키는 법을 배웁니다. 보고서).
그러나 화학적으로 말하면 산이 란 무엇입니까? 용액에 용해 된 산의 몰 농도를 아는 한 용액의 pH를 더 쉽게 결정할 수있는 다양한 산의 개별 특성이 있습니까? 그 "서명"특성을 산 해리 상수케이ㅏ. 때때로 비공식적으로 ka로 작성하면 수학적으로 간단한 방식으로 pH를 계산할 수 있습니다.
용액의 산
산은 수용액에서 양성자 (드물게는 하나 이상의 양성자)를 물에 용해되어 이온화 될 수있는 분자입니다. 이것은 양성자 (H+)는 물 분자 사이에 "떠 다니는"상태로 남아 있으며 종종 하이드로 늄 이온 (H3영형+) 기증 된 양성자를 받아들이는 물의 능력 때문입니다. 남겨진 분자는 음이온입니다.
예: 탄산 (H2CO3) H가되기 위해 수용액에 양성자를 기증+ (종종 H3영형+) 및 중탄산염 (HCO3−).
염산 (HCl)과 같은 강산은 훨씬 더 많은 약산보다 양성자를 더 "열렬히"기증합니다. 그들은 낮은 pH 환경에서도 양성자를 오프로드 할 수 있습니다. 더. 약산은 주변 pH가 높을 때, 즉 양성자 농도가 상대적으로 낮을 때만 양성자를 기증하고자합니다.
pH 스케일이란?
위에서 낮은 pH는 많은 양성자가 부모 산이없는 환경을 의미한다고 읽었습니다. 실제로 pH 척도는 대수 또는 "로그"척도이며 실제 목적을 위해 1에서 14까지, 가장 산성에서 가장 적은 것까지 다양합니다. pH 방정식은 다음과 같습니다.
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
여기서 [H +]는 양성자의 몰 농도 (즉, 용액 리터당 몰수 또는 개별 원자 / 분자)입니다. 양성자 농도가 10 배 증가 할 때마다 pH가 증가합니다. 하위 하나의 정수 단위로 그리고 반대로.
예: 0.025 M 양성자 용액의 pH는 얼마입니까?
pH = −log10[0.025 몰 / L] = 1.602
산 이온화 상수 Ka
각 산에는 다음과 같이 주어진 고유 한 이온화 상수가 있습니다.
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {−}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
여기에−], [H3영형+] 및 [HA]는 각각 이온화 된 산, 양성자 및 결합 된 (즉, "온전한") 산의 평형 농도를 나타냅니다. 케이ㅏ 따라서 양성자를 오프로드하려는 산의 "열정"의 척도를 제공하므로 강도가됩니다. 평형 상태에서 산이 더 강하게 해리 될수록이 방정식의 분모에 비해 분자가 더 높고 K가 높아집니다.ㅏ.
pKa에서 pH 계산: Henderson-Hasselbach 방정식
산의 pKa와 위의 농도를 고려하여 용액의 pH를 계산할 수 있습니다. pK 계산ㅏ K에서ㅏ pH와 동일한 작업을 수행하는 것을 의미합니다. K의 음의 로그를 취합니다.ㅏ, 그리고 당신의 대답이 있습니다.
파생이 관련되어 있지만 Henderson-Hasselbach 방정식 이러한 수량을 다음과 같은 방식으로 연결합니다.
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
예: K 개의ㅏ 식초의 주성분 인 아세트산의 1.77 × 10−5. 산의 1/10이 해리 된 용액의 pH는 얼마입니까?
풀려면 먼저 pKa를 구하십시오.10(1.77 × 10−5) = 4.75. 그런 다음 [A−] ~ [HA} = 1/10 = 0.1
pH = 4.75 + 로그10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
이것은 아세트산의 pKa보다 낮은 pH에서 절반 미만이 해리되거나 이온화된다는 것을 의미합니다. 더 높은 pH 값에서 절반 이상이 이온화됩니다. 실제로 [A-] = [HA]로 설정하면 산의 pKa는 단순히 산의 절반이 해리되고 절반이 "온전한"pH 인 것을 알 수 있습니다.