- Ionizacijsko ravnovesje
- Ka
- Henderson-Hasselbalchova enačba
- Uporaba
- Ionizacijske konstantne vaje
- Vaja 1
- Vaja 2
- Vaja 3
- Reference
Ionizacije konstantna, disociacijska konstanta ali stalna kislost, je lastnost, ki odraža težnjo snovi s sproščanjem vodikovih ionov; to je neposredno povezano z jakostjo kisline. Višja kot je vrednost konstante disocijacije (Ka), večje je sproščanje vodikovih ionov s kislino.
Na primer, ko gre za vodo, je ionizacija znana kot "avtoprotoliza" ali "avtoionizacija". Tu molekula vode daje H + drugemu proizvodnjo H 3 O + in OH - ioni , kot je prikazano na sliki.
Vir: Cdang, iz Wikimedia Commons
Ločitev kisline iz vodne raztopine je možna na naslednji način:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
Če HA predstavlja kislino, ki je ionizira, H 3 O + je oksonijevih ionov in - njen konjugat baze. Če je Ka visok, se bo več HA disociiralo in zato bo večja koncentracija hidronijevega iona. To povečanje kislosti je mogoče določiti z opazovanjem spremembe pH raztopine, katere vrednost je pod 7.
Ionizacijsko ravnovesje
Dvojni puščici v zgornji kemijski enačbi pomenita, da je med reaktanti in produktom vzpostavljeno ravnovesje. Ker je vsako ravnovesje konstantno, se isto zgodi z ionizacijo kisline in je izraženo na naslednji način:
K = /
Termodinamično je konstanta Ka opredeljena glede na aktivnosti, ne na koncentracije. Vendar pa je v razredčenih vodnih raztopinah aktivnost vode približno 1, aktivnosti hidronijevega iona, konjugata baze in nerazvezane kisline pa blizu njihovih molarnih koncentracij.
Zaradi tega je bila uvedena uporaba disocijacijske konstante (ka), ki ne vključuje koncentracije vode. To omogoča disociacijo šibke kisline na enostavnejši način, konstanto disocijacije (Ka) pa v isti obliki.
HA <=> H + + A -
Ka = /
Ka
Konstanta disociacije (Ka) je oblika izražanja ravnotežne konstante.
Ko so dosežene ravnotežne razmere, koncentracije nedocializirane kisline, konjugatne baze in hidronijevega ali vodikovega iona ostanejo konstantne. Po drugi strani sta koncentracija baze konjugata in koncentracija hidronijevega iona popolnoma enaki.
Njihove vrednosti so podane v jakostih 10 z negativnimi eksponenti, zato je bila uvedena enostavnejša in bolj vodljiva oblika izražanja Ka, ki so jo poimenovali pKa.
pKa = - log Ka
PKa običajno imenujemo konstanta disociacije kisline. Vrednost pKa je jasen pokazatelj jakosti kisline.
Kisline, ki imajo vrednost pKa manjšo ali več negativne od -1,74 (pKa hidronijevega iona), veljajo za močne kisline. Medtem ko kisline s pKa presegajo -1,74, veljajo za ne-močne kisline.
Henderson-Hasselbalchova enačba
Enačba izhaja iz izraza Ka, ki je izredno uporaben pri analitičnih izračunih.
Ka = /
Ob logaritmih,
log Ka = log H + + log A - - log HA
In rešitev za log H + :
-log H = - log Ka + log A - - log HA
Nato uporabite definicije pH in pKa ter prerazporedite izraze:
pH = pKa + log (A - / HA)
To je znamenita Henderson-Hasselbalchova enačba.
Uporaba
Henderson-Hasselbahova enačba se uporablja za oceno pH pufrov in tudi, kako relativne koncentracije konjugata baze in kisline vplivajo na pH.
Kadar je koncentracija konjugata baze enaka koncentraciji kisline, je razmerje med koncentracijama obeh izrazov enako 1; in zato je njegov logaritem enak 0.
Posledično je pH = pKa, kar je zelo pomembno, saj je v tem primeru učinkovitost pufra največja.
Običajno se vzame pH območje, kjer je največja zmogljivost puferja, kjer je pH = pka ± 1 pH enota.
Ionizacijske konstantne vaje
Vaja 1
Razredčena raztopina šibke kisline ima v ravnotežju naslednje koncentracije: nerazvezana kislina = 0,065 M in koncentracija osnovne koncentracije = 9 · 10 -4 M. Izračunajte Ka in pKa kisline.
Koncentracija vodikovega iona ali hidronijevega iona je enaka koncentraciji konjugacijske baze, saj prihaja iz ionizacije iste kisline.
Zamenjava enačbe:
Ka = / HA
Zamenjava enačbe za njune vrednosti:
Ka = (9 10 -4 M) (9 10 -4 M) / 65 10 -3 M
= 1.246 10 -5
In nato izračuna svoj pKa
pKa = - log Ka
= - dnevnik 1,246 10 -5
= 4.904
Vaja 2
Šibka kislina s koncentracijo 0,03 M ima konstanto disocijacije (Ka) = 1,5 · 10 -4 . Izračunajte: a) pH vodne raztopine; b) stopnjo ionizacije kisline.
Pri ravnotežju je koncentracija kisline enaka (0,03 M - x), kjer je x količina kisline, ki disocira. Zato je koncentracija vodikovega ali hidronijevega iona x, kolikor je koncentracija konjugacijske baze.
Ka = / = 1,5 10 -6
= = x
Y = 0,03 M - x. Majhna vrednost Ka kaže, da je kislina verjetno disocirala zelo malo, zato je (0,03 M - x) približno 0,03 M.
Namestitev v Ka:
1,5 10 -6 = x 2/3 10 -2
x 2 = 4,5 10 -8 M 2
x = 2,12 x 10 -4 M
In ker je x =
pH = - log
= - dnevnik
pH = 3,67
In na koncu glede stopnje ionizacije: izračunati jo je mogoče z naslednjim izrazom:
o / HA] x 100%
(2,12 10 -4 / 3 10 -2 ) x 100%
0,71%
Vaja 3
Ka izračunam iz odstotka ionizacije kisline, vedoč, da jo ionizira za 4,8% od začetne koncentracije 1,5 · 10 -3 M.
Za izračun količine ionizirane kisline se določi 4,8%.
Ionizirana količina = 1,5 · 10 -3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10 -5 M
Ta količina ionizirane kisline je enaka koncentraciji baze konjugata in koncentraciji hidronijevega ali vodikovega iona v ravnotežju.
Ravnotežna koncentracija kisline = začetna koncentracija kisline - količina ionizirane kisline.
= 1,5 10 -3 M - 7,2 10 -5 M
= 1,428 x 10 -3 M
In potem reševanje z enakimi enačbami
Ka = /
Ka = (7,2 · 10 -5 M x 7,2 · 10 -5 M) / 1,428 · 10 -3 M
= 3,63 x 10 -6
pKa = - log Ka
= - dnevnik 3,63 x 10 -6
= 5,44
Reference
- Kemija LibreTexts. (sf). Konstanta disociacije. Pridobljeno: chem.libretexts.org
- Wikipedija. (2018). Konstanta disociacije. Pridobljeno: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) Osma izdaja. Cengage Learning.
- Segel IH (1975). Biokemijski izračuni. 2. Izdaja. John Wiley & Sons. INC.
- Kabara E. (2018). Kako izračunamo konstanto ionizacije kisline. Študij. Pridobljeno: study.com.