Jūs, bez šaubām, esat dzirdējuši par pH skalu, ko izmanto, lai izmērītu, cik skābs ir šķīdums (piemēram, etiķis vai balinātājs). Jūs, iespējams, domājat, ka skābes ir pīrāgi (piemēram, citronskābe ir izplatīta sastāvdaļa skābās konfektēs) un reizēm bīstama (lielākā daļa cilvēku pirms pilngadības sasniegšanas iemācieties saistīt vārdu "skābe" ar "iespējamiem ādas bojājumiem", pat ja tikai no Holivudas filmām vai drausmīgām ziņām ziņojumi).
Bet kas ir skābe, ķīmiski runājot? Un vai pastāv dažādu skābju individuālās īpašības, kas atvieglo šķīduma pH noteikšanu, ja vien jūs zināt šajā šķīdumā izšķīdušās skābes molāro koncentrāciju? Šo "paraksta" iezīmi sauc par skābes disociācijas konstanteKa. Dažreiz neoficiāli rakstot kā ka, jūs varat aprēķināt pH matemātiski vienkārši.
Skābes šķīdumā
Skābe ir molekula, kas var ziedot protonu (un reti, pēc kārtas vairāk nekā vienu protonu) ūdens šķīdumā, t.i., izšķīdinot ūdenī, kļūt jonizētam. Tas nozīmē, ka protons (H+) atstāj "peldēt" starp ūdens molekulām, kur to bieži attēlo kā a
hidronija jons (H3O+), jo ūdens spēj pieņemt šos ziedotos protonus. Atstātā molekula ir anjons.Piemērs: Ogļskābe (H2CO3) ziedo protonu ūdens šķīdumā, lai kļūtu par H+ (bieži izsaka kā H3O+) un bikarbonāts (HCO3−).
Stiprās skābes, piemēram, sālsskābe (HCl), "labprātāk" ziedo protonus nekā daudz vairāk vāju skābju, kas nozīmē, ka tie protonus var izkraut pat zemā pH vidē, t.i., jau ar protoniem bagātā vidē, un tāpēc paši "nevēlas" uzņemt vairāk. Vājās skābes ļoti vēlas ziedot savus protonus tikai tad, kad apkārtējais pH ir augsts, tas ir, protonu koncentrācija ir relatīvi zema.
Kāda ir pH skala?
Iepriekš jūs lasījāt, ka zems pH nozīmē vidi, kurā ir daudz protonu, kas atbrīvoti no vecāku skābēm. Kā tas notiek, pH skala ir logaritmiska vai "log" skala, kas praktiskiem mērķiem svārstās no 1 līdz 14, no visvairāk līdz vismazāk skābai. PH vienādojums ir:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Šeit [H +] ir protonu molārā koncentrācija (tas ir, molu vai atsevišķu atomu / molekulu skaits litrā šķīduma). Katru desmitkārtīgu protonu koncentrācijas pieaugumu ietekmē pH uz leju par vienu vesela skaitļa vienību un otrādi.
Piemērs: Kāds ir 0,025 M protonu šķīduma šķīduma pH?
pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602
Skābās jonizācijas konstante Ka
Katrai skābei ir sava jonizācijas konstante, ko izsaka:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Lūk, [A−], [H3O+] un [HA] apzīmē attiecīgi jonizētās skābes, protonu un savienotās (t.i., "neskartās") skābes līdzsvara koncentrācijas. Ka tādējādi piedāvā skābes "entuziasma" līmeni protonu izkraušanai un tādējādi ir spēks; jo spēcīgāk disociēta skābe līdzsvarā, jo augstāks skaitītājs attiecībā pret saucēju šajā vienādojumā un lielāks Ka.
PH aprēķināšana no pKa: Hendersona-Haselbaha vienādojums
Jūs varat aprēķināt šķīduma pH, ņemot vērā skābes pKa un augstāko koncentrāciju, izņemot ziedoto protonu koncentrāciju. PK aprēķināšanaa no Ka nozīmē veikt to pašu darbību kā ar pH: ņem K negatīvo logaritmua, un ir jūsu atbilde.
Ir iesaistīts atvasinājums, bet Hendersona-Haselbaha vienādojums attiecas uz šiem daudzumiem šādā veidā:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Piemērs: Ka etiķskābes, galvenā etiķa sastāvdaļa, ir 1,77 × 10−5. Kāds ir šķīduma pH, kurā disociējas 1/10 skābes?
Lai atrisinātu, vispirms nosakiet pKa, kas ir vienkārši −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Tad izmantojiet to, ka attiecība [A−] līdz [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Tas nozīmē, ka pie pH, kas zemāks par etiķskābes pKa, mazāk nekā puse tiks disociēta vai jonizēta; pie augstākām pH vērtībām vairāk nekā puse tiks jonizēta. Patiešām, ja iestatāt [A -] = [HA], jūs konstatējat, ka skābes pKa ir vienkārši pH, pie kura puse skābes ir disociēta un puse ir "neskarta".
