Neabejotinai girdėjote apie pH skalę, kuri naudojama tirpalui (pvz., Actui ar balikliui) surūgšti. Jūs tikriausiai manote, kad rūgštys yra pyragai (pavyzdžiui, citrinų rūgštis yra dažnas rūgščių saldainių ingredientas) ir kartais pavojingas (dauguma žmonių išmokti susieti žodį „rūgštis“ su „galimu odos pažeidimu“ dar nesulaukus pilnametystės, net jei tik iš Holivudo filmų ar skaudžių naujienų ataskaitos).
Bet kas yra rūgštis, kalbant chemiškai? Ir ar yra atskirų skirtingų rūgščių savybių, kurios palengvina tirpalo pH nustatymą, jei tik žinote tame tirpale ištirpusios rūgšties molinę koncentraciją? Ta „parašo“ savybė vadinama rūgšties disociacijos konstantaK.a. Kartais neoficialiai parašyta kaip ka, galite apskaičiuoti pH matematiškai nesudėtingai.
Rūgštys tirpale
Rūgštis yra molekulė, kuri gali paaukoti protoną (ir retai, daugiau nei vieną protoną iš eilės) vandeniniame tirpale, t. Tai reiškia, kad protonas (H+) paliekama „plaukti“ tarp vandens molekulių, kur ji dažnai vaizduojama kaip a
Pavyzdys: Anglies rūgštis (H2CO3) dovanoja protoną vandeniniame tirpale, kad taptų H+ (dažnai išreiškiamas H3O+) ir bikarbonatas (HCO3−).
Stiprios rūgštys, tokios kaip druskos rūgštis (HCl), „uoliau“ dovanoja protonus nei daug daugiau silpnų rūgščių, o tai reiškia, kad jie gali iškrauti protonus net esant mažai pH aplinkai, t. y. jau turtingam protonų ir todėl patys „nekantrūs“ įsisavinti daugiau. Silpnos rūgštys noriai aukoja savo protonus tik tada, kai aplinkos pH yra aukštas, tai yra, protonų koncentracija yra palyginti maža.
Kas yra pH skalė?
Pirmiau skaitėte, kad žemas pH reiškia aplinką, kurioje yra daug protonų, išlaisvintų iš jų pirminių rūgščių. Kaip atsitinka, pH skalė yra logaritminė arba „log“ skalė, kuri praktiniais tikslais svyruoja nuo 1 iki 14, nuo daugumos iki mažiausiai rūgštinės. PH lygtis yra:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Čia [H +] yra protonų molinė koncentracija (tai yra molių arba atskirų atomų / molekulių skaičius litre tirpalo). Kiekvieną dešimtkart padidėjęs protonų koncentracija lemia pH žemyn vienu sveikojo skaičiaus vienetu ir atvirkščiai.
Pavyzdys: Koks yra 0,025 M protonų tirpalo tirpalo pH?
pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602
Rūgščių jonizacijos konstanta Ka
Kiekviena rūgštis turi savo jonizacijos konstantą, kurią pateikia:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Čia [A−], [H3O+] ir [HA] reiškia jonizuotos rūgšties, protonų ir unijinės (t. y. „nepažeistos“) rūgšties pusiausvyros koncentracijas. K.a taigi siūlo rūgšties „entuziazmą“ iškrauti protonus ir tai yra jėga; kuo stipriau disocijuota rūgštis pusiausvyroje, tuo didesnis skaitiklis, palyginti su vardikliu šioje lygtyje, ir didesnis Ka.
Skaičiuojant pH iš pKa: Hendersono-Hasselbacho lygtis
Galite apskaičiuoti tirpalo pH, atsižvelgdami į rūgšties pKa ir aukščiau esančias koncentracijas, išskyrus paaukotų protonų koncentraciją. Skaičiuojant pKa iš Ka reiškia atlikti tą pačią operaciją kaip ir su pH: Imkime neigiamą K logaritmąair yra jūsų atsakymas.
Įtraukimas yra susijęs, tačiau Hendersono-Hasselbacho lygtis susieja šiuos kiekius tokiu būdu:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Pavyzdys: Ka acto rūgšties, pagrindinio acto komponento, yra 1,77 × 10−5. Koks yra tirpalo, kuriame disocijuojama 1/10 rūgšties, pH?
Norėdami išspręsti, pirmiausia nustatykite pKa, kuris yra tiesiog −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Tada naudokite tai, kad santykis [A−] iki [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Tai reiškia, kad esant mažesniam nei acto rūgšties pKa pH, mažiau nei pusė bus disocijuota arba jonizuota; esant didesnei pH vertei, daugiau nei pusė bus jonizuota. Iš tiesų, jei nustatysite [A -] = [HA], pastebėsite, kad rūgšties pKa yra tiesiog pH, kuriame pusė rūgšties disocijuojasi, o pusė yra „nepažeista“.