Bir çözeltinin (örneğin sirke veya çamaşır suyu) ne kadar asidik olduğunu ölçmek için kullanılan pH ölçeğini hiç şüphesiz duymuşsunuzdur. Muhtemelen asitleri ekşi (örneğin, sitrik asit ekşi şekerlerde yaygın bir bileşendir) ve bazen tehlikeli (çoğu insan) olarak düşünürsünüz. Hollywood filmlerinden veya korkunç haberlerden bile yetişkinliğe erişmeden önce "asit" kelimesini "potansiyel cilt hasarı" ile ilişkilendirmeyi öğrenin raporlar).
Ama kimyasal olarak bir asit nedir? Ve o çözeltide çözünen asidin molar konsantrasyonunu bildiğiniz sürece, bir çözeltinin pH'ını belirlemeyi kolaylaştıran farklı asitlerin bireysel özellikleri var mı? Bu "imza" özelliği denir asit ayrışma sabitiKbir. Bazen gayri resmi olarak ka olarak yazılır, pH'ı matematiksel olarak basit bir şekilde hesaplayabilirsiniz.
Çözeltideki Asitler
Bir asit, sulu çözeltide, yani suda çözündüğünde iyonize hale gelmek üzere bir proton (ve nadiren, sırayla birden fazla proton) bağışlayabilen bir moleküldür. Bu, protonun (H+) su molekülleri arasında "yüzmeye" bırakılır, burada genellikle bir su molekülü olarak temsil edilir.
Misal: Karbonik asit (H2CO3) sulu çözeltide bir proton bağışlayarak H'ye dönüşür+ (genellikle H olarak ifade edilir)3Ö+) ve bikarbonat (HCO3−).
Hidroklorik asit (HCl) gibi güçlü asitler, protonları çok daha fazla sayıdaki zayıf asitlerden daha "istekle" bağışlar, yani düşük pH'lı bir ortamda bile protonları boşaltabilirler, yani zaten protonlar açısından zengin olan ve bu nedenle kendisi almaya "istekli" değildir. Daha. Zayıf asitler yalnızca ortam pH'ı yüksek olduğunda, yani proton konsantrasyonu nispeten düşük olduğunda protonlarını bağışlamaya isteklidir.
pH Ölçeği Nedir?
Yukarıda, düşük bir pH'ın, ana asitlerinden serbest bırakılmış çok sayıda proton içeren bir ortam anlamına geldiğini okudunuz. Olduğu gibi, pH ölçeği, pratik amaçlar için 1 ila 14 arasında, en çok asidik olandan en az asidik olan bir logaritmik veya "log" ölçeğidir. pH denklemi:
pH = -log_{10}[H^{+}]
Burada [H+] protonların molar konsantrasyonudur (yani, mol sayısı veya çözeltinin litresi başına tek tek atom/molekül sayısı). Proton konsantrasyonundaki her on kat artış pH'ı yönlendirir aşağı bir tamsayı birimi ile ve tersi.
Misal: 0.025 M proton çözeltisinin pH'ı nedir?
pH = −log10[0.025 mol/L] = 1.602
Asit İyonlaşma Sabiti Ka
Her asidin kendi iyonlaşma sabiti vardır, bu sabit:
K_{a} = \dfrac{[A^{−}][H_{3}O^{+}]}{[HA]}
Burada, [A−], [H3Ö+] ve [HA] sırasıyla iyonize asit, protonlar ve birleşik (yani "sağlam") asidin denge konsantrasyonlarını temsil eder. Kbir böylece bir asidin protonları boşaltmak için "coşku" ölçüsünü sunar ve dolayısıyla güçtür; asit dengede ne kadar güçlü ayrışmışsa, bu denklemdeki paydaya göre pay o kadar yüksek ve K o kadar yüksekbir.
pH'ı pKa'dan hesaplama: Henderson-Hasselbach Denklemi
Asitin pKa'sı verilen bir çözeltinin pH'ını ve bağışlanan protonların hariç tutulduğu yukarıdaki konsantrasyonları hesaplayabilirsiniz. pK hesaplamabir K'denbir pH ile aynı işlemi yapmak anlamına gelir: K'nin negatif logaritmasını alınbir, ve işte cevabınız.
Türetme söz konusudur, ancak Henderson-Hasselbach denklemi bu miktarları aşağıdaki şekilde ilişkilendirir:
pH = pKa + log_{10}\dfrac{[A^{-}]}{[HA]}
Misal: Anahtarbir sirkenin ana bileşeni olan asetik asidin 1,77 × 10−5. Asidin 1/10'unun ayrıştığı bir çözeltinin pH'ı nedir?
Çözmek için önce basitçe −log olan pKa'yı belirleyin10(1.77 × 10−5) = 4.75. O zaman [A oranının−] ila [HA} = 1/10 = 0.1
pH = 4,75 + günlük10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Bu, asetik asidin pKa'sından daha düşük pH'da yarısından azının ayrışacağı veya iyonize olacağı anlamına gelir; daha yüksek pH değerlerinde yarısından fazlası iyonize olacaktır. Gerçekten de, [A −] = [HA] olarak ayarlarsanız, bir asidin pKa'sının, asidin yarısının ayrıştığı ve yarısının "sağlam" olduğu pH olduğunu görürsünüz.