Du har uten tvil hørt om pH-skalaen, som brukes til å måle hvor sur en løsning (f.eks. Eddik eller blekemiddel) er. Du tenker sannsynligvis på syrer som terte (for eksempel sitronsyre er en vanlig ingrediens i sure godterier) og til tider farlig (folk flest lære å knytte ordet "syre" til "potensiell hudskade" før du når voksen alder, selv om det bare er fra Hollywood-filmer eller dystre nyheter rapporter).
Men hva er en syre, kjemisk sett? Og er det individuelle egenskaper til forskjellige syrer som gjør det enklere å bestemme pH i en løsning, så lenge du vet molar konsentrasjonen av syren oppløst i den løsningen? Den "signatur" -egenskapen kalles syredissosiasjonskonstantKen. Noen ganger uformelt skrevet som ka, kan du beregne pH på en matematisk grei måte.
Syrer i løsning
En syre er et molekyl som kan donere en proton (og sjelden mer enn en proton i rekkefølge) i vandig løsning, dvs. når den er oppløst i vann, for å bli ionisert. Dette betyr at protonen (H+) overlates til å "flyte" blant vannmolekylene, hvor det ofte blir representert som en
Eksempel: Karbonsyre (H2CO3) donerer en proton i vandig løsning for å bli H+ (ofte uttrykt som H3O+) og bikarbonat (HCO3−).
Sterke syrer som saltsyre (HC1) gir mer "ivrig" protoner enn de langt flere svake syrene, noe som betyr at de kan avlaste protoner selv i et lavt pH-miljø, dvs. en som allerede er rik på protoner og dermed ikke selv "ivrig etter" å ta opp mer. Svake syrer er bare ivrige etter å gi protonene sine når den omgivende pH-verdien er høy, det vil si protonkonsentrasjonen er relativt lav.
Hva er pH-skalaen?
Ovenfor leste du at en lav pH innebærer et miljø med mange protoner frigjort fra foreldresyrene. Når det skjer, er pH-skalaen en logaritmisk eller "log" skala som for praktiske formål varierer fra 1 til 14, fra mest til minst sure. Ligningen for pH er:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Her er [H +] den molare konsentrasjonen (det vil si antall mol, eller individuelle atomer / molekyler, per liter løsning) av protoner. Hver ti ganger økning i protonkonsentrasjonen driver pH ned av ett heltall og omvendt.
Eksempel: Hva er pH i en løsning av 0,025 M løsning av protoner?
pH = −log10[0,025 mol / L] = 1,602
Syreioniseringen konstant Ka
Hver syre har sin egen ioniseringskonstant gitt av:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Her en−], [H3O+] og [HA] representerer likevektskonsentrasjonene av henholdsvis ionisert syre, protoner og unionisert (dvs. "intakt") syre. Ken tilbyr dermed et mål på en syres "entusiasme" for å avlaste protoner og er dermed styrke; jo sterkere dissosiert syre i likevekt, jo høyere teller i forhold til nevneren i denne ligningen og jo høyere Ken.
Beregning av pH fra pKa: Henderson-Hasselbach-ligningen
Du kan beregne pH i en løsning gitt syrenes pKa og konsentrasjonene ovenfor, ekskl. De donerte protonene. Beregning av pKen fra Ken betyr å utføre samme operasjon som med pH: Ta den negative logaritmen til Ken, og det er svaret ditt.
Avledningen er involvert, men Henderson-Hasselbach-ligning relaterer disse mengdene på følgende måte:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Eksempel: Ken eddiksyre, hovedkomponenten i eddik, er 1,77 × 10−5. Hva er pH i en løsning der 1/10 av syren er dissosiert?
For å løse må du først bestemme pKa, som ganske enkelt er −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Bruk deretter det faktum at forholdet mellom [A−] til [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Dette betyr at ved pH lavere enn eddiksyres pKa, vil mindre enn halvparten bli dissosiert, eller ionisert; ved høyere pH-verdier vil mer enn halvparten bli ionisert. Faktisk, hvis du setter [A -] = [HA], finner du at pKa til en syre ganske enkelt er pH hvor halvparten av syren dissosieres og halvparten er "intakt".
