- Ionizační rovnováha
- Ka
- Henderson-Hasselbalchova rovnice
- Použití
- Ionizační cvičení
- Cvičení 1
- Cvičení 2
- Cvičení 3
- Reference
Ionizační konstanta, disociační konstanta nebo konstanta kyselosti, je vlastnost, která odráží sklon látky na vodík uvolnění iontů; to znamená, že přímo souvisí s pevností kyseliny. Čím vyšší je hodnota disociační konstanty (Ka), tím větší je uvolňování iontů vodíku kyselinou.
Například pokud jde o vodu, její ionizace je známá jako „autoprotolýza“ nebo „autoionizace“. Zde je molekula vody dává H + do druhého, produkovat H 3 O + a OH - ionty, jak je vidět na obrázku níže.
Zdroj: Cdang, z Wikimedia Commons
Disociace kyseliny z vodného roztoku může být naznačena následujícím způsobem:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
V případě, HA představuje kyseliny, která se ionizuje, H 3 O + na hydroniový ion, a A - její konjugované báze. Pokud je Ka vysoká, bude více HA disociovat, a proto bude vyšší koncentrace iontu hydronia. Toto zvýšení kyselosti může být určeno pozorováním změny pH roztoku, jehož hodnota je pod 7.
Ionizační rovnováha
Dvojité šipky v horní chemické rovnici ukazují, že mezi reaktanty a produktem je rovnováha. Protože každá rovnováha má konstantu, totéž se děje s ionizací kyseliny a vyjadřuje se takto:
K = /
Termodynamicky je konstanta Ka definována z hlediska aktivit, nikoli koncentrací. Ve zředěných vodných roztocích je však aktivita vody okolo 1 a aktivity hydroniového iontu, konjugované báze a nerozdělené kyseliny jsou blízké jejich molárním koncentracím.
Z těchto důvodů bylo zavedeno použití disociační konstanty (ka), která nezahrnuje koncentraci vody. To umožňuje jednodušší schéma slabě kyselé disociace a disociační konstanta (Ka) je vyjádřena ve stejné formě.
HA <=> H + + A -
Ka = /
Ka
Disociační konstanta (Ka) je formou vyjádření rovnovážné konstanty.
Koncentrace nedisociované kyseliny, konjugované báze a hydroniového nebo vodíkového iontu zůstávají po dosažení rovnovážných podmínek konstantní. Na druhé straně je koncentrace konjugované báze a koncentrace hydroniového iontu přesně stejná.
Jejich hodnoty jsou dány v mocninách 10 se zápornými exponenty, takže byla zavedena jednodušší a lépe zvládnutelná forma vyjádření Ka, kterou nazývali pKa.
pKa = - log Ka
PKa se běžně nazývá disociační konstanta kyseliny. Hodnota pKa je jasným ukazatelem síly kyseliny.
Kyseliny, které mají hodnotu pKa nižší nebo více negativní než -1,74 (pKa iontu hydronia), se považují za silné kyseliny. Zatímco kyseliny, které mají pKa větší než -1,74, jsou považovány za ne silné kyseliny.
Henderson-Hasselbalchova rovnice
Rovnice je odvozena z výrazu Ka, který je velmi užitečný v analytických výpočtech.
Ka = /
Vezmeme-li logaritmy, log Ka = log H + + log A - - log HA
A řešení pro log H +:
-log H = - log Ka + log A - - log HA
Poté pomocí definic pH a pKa a přeskupení výrazů:
pH = pKa + log (A - / HA)
Toto je slavná Henderson-Hasselbalchova rovnice.
Použití
Hendersonova-Hasselbachova rovnice se používá k odhadu pH pufrů a také toho, jak relativní koncentrace konjugované báze a kyseliny ovlivňují pH.
Když je koncentrace konjugované báze rovna koncentraci kyseliny, vztah mezi koncentracemi obou termínů je roven 1; a proto je jeho logaritmus roven 0.
V důsledku toho je pH = pKa, což je velmi důležité, protože v této situaci je účinnost pufru maximální.
Obvykle se vezme zóna pH, kde je maximální pufrovací kapacita, kde pH = pka ± 1 jednotka pH.
Ionizační cvičení
Cvičení 1
Zředěný roztok slabé kyseliny má v rovnováze následující koncentrace: nedisociovaná kyselina = 0,065 M a koncentrace konjugované báze = 9,10 - 4 M. Vypočítejte Ka a pKa kyseliny.
Koncentrace vodíkového iontu nebo hydroniového iontu je stejná jako koncentrace konjugované báze, protože pocházejí z ionizace stejné kyseliny.
Nahrazování v rovnici:
Ka = / HA
Nahrazení jejich příslušných hodnot v rovnici:
Ka = (910 -4 M) (910 -4 M) / 65 10 -3 M
= 1 246 10 -5
A pak vypočítat jeho pKa
pKa = - log Ka
= - log 1 246 10 -5
= 4 904
Cvičení 2
Slabá kyselina s koncentrací 0,03 M má disociační konstantu (Ka) = 1,5, 10-4. Vypočítejte: a) pH vodného roztoku; b) stupeň ionizace kyseliny.
Při rovnováze je koncentrace kyseliny rovna (0,03 M - x), kde x je množství kyseliny, která se disociuje. Proto je koncentrace vodíku nebo hydroniového iontu x, stejně jako koncentrace konjugované báze.
Ka = / = 1,5 10-6
= = x
Y = 0,03 M - x. Malá hodnota Ka znamená, že kyselina se pravděpodobně disociovala velmi málo, takže (0,03 M - x) je přibližně rovno 0,03 M.
Nahrazování 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
A protože x =
pH = - log
= - log
pH = 3,67
A konečně, pokud jde o stupeň ionizace: lze ji vypočítat pomocí následujícího výrazu:
o / HA] x 100%
(2,12 10 -4 / 3 10 -2) x 100%
0,71%
Cvičení 3
Počítám Ka z procenta ionizace kyseliny, protože vím, že ionizuje o 4,8% z počáteční koncentrace 1,5 · 10 -3 M.
Pro výpočet množství ionizované kyseliny se stanoví její 4,8%.
Ionizované množství = 1,5, 10 - 3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10-5 M
Toto množství ionizované kyseliny se rovná koncentraci konjugované báze a koncentraci hydroniového nebo vodíkového iontu v rovnováze.
Rovnovážná koncentrace kyseliny = počáteční koncentrace kyseliny - množství ionizované kyseliny.
= 1,5 10-3 M - 7,2 10 -5 M
= 1 428 x 10 -3 M
A pak řešení se stejnými rovnicemi
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
= - log 3,63 x 10-6
= 5,44
Reference
- Chemistry LibreTexts. (sf). Disociační konstanta. Obnoveno z: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Disociační konstanta. Obnoveno z: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP a Stanley, GG Chemistry. (2008) Osmé vydání. Cengage Learning.
- Segel IH (1975). Biochemické výpočty. 2. Edice. John Wiley a synové. INC.
- Kabara E. (2018). Jak vypočítat iontovou konstantu kyseliny. Studie. Obnoveno z: study.com.