Konštantná ionizačná rovnica Hendersona Hasselbalcha a cvičenia

ionizačnej konštanty (alebo disociácia) je vlastnosť, ktorá odráža tendenciu látky uvoľňovať ióny vodíka; to znamená, že priamo súvisí so silou kyseliny. Čím väčšia je hodnota disociačnej konštanty (Ka), tým väčšie je uvoľňovanie vodíkových väzieb kyselinou.

Pokiaľ ide napríklad o vodu, jej ionizácia je známa ako „autoprotolýza“ alebo „autoionizácia“. Molekula vody poskytuje H⁺ na iné, produkujúce ióny H₃O⁺ a OH^-, ako vidíte na obrázku nižšie.

Disociácia kyseliny z vodného roztoku môže byť schematicky znázornená nasledujúcim spôsobom:

HA + H₂O    <=>  H₃O⁺     +       ^-

Kde HA predstavuje kyselinu, ktorá je ionizovaná, H₃O⁺ na hydroniový ión a A^- jeho konjugovanú bázu. Ak je Ka vysoká, väčšia časť HA sa disociuje a následne bude vyššia koncentrácia hydróniového iónu. Toto zvýšenie kyslosti sa môže stanoviť pozorovaním zmeny pH roztoku, ktorého hodnota je nižšia ako 7..

index

• 1 Ionizačná rovnováha
  • 1,1 Ka
• 2 Henderson-Hasselbalchova rovnica
  • 2.1 Použitie
• 3 Ionizačné konštantné cvičenia
  • 3.1 Cvičenie 1
  • 3.2 Cvičenie 2
  • 3.3 Cvičenie 3
• 4 Odkazy

Ionizačná rovnováha

Dvojité šípky v hornej chemickej rovnici naznačujú, že medzi reaktantmi a produktom sa vytvára rovnováha. Keďže celá rovnováha má konštantu, to isté sa deje s ionizáciou kyseliny a vyjadruje sa takto:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Termodynamicky je konštanta Ka definovaná z hľadiska činností, nie koncentrácií. Avšak v zriedených vodných roztokoch je aktivita vody asi 1 a aktivity hydróniového iónu, konjugovanej bázy a nedisociovanej kyseliny sú blízko ich molámym koncentráciám..

Z týchto dôvodov sa zaviedlo použitie disociačnej konštanty (ka), ktorá nezahŕňa koncentráciu vody. To umožňuje, že disociácia slabej kyseliny môže byť schematicky zjednodušená a disociačná konštanta (Ka) je vyjadrená rovnakým spôsobom..

má  <=> H⁺     +      ^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

ka

Disociačná konštanta (Ka) je formou vyjadrenia rovnovážnej konštanty.

Koncentrácie nedisociovanej kyseliny, konjugovanej bázy a hydróniového alebo vodíkového iónu zostávajú konštantné po dosiahnutí rovnovážneho stavu. Na druhej strane, koncentrácia konjugovanej bázy a hydróniového iónu je presne rovnaká.

Ich hodnoty sú uvedené v mocninách 10 s negatívnymi exponentmi, takže bola zavedená jednoduchšia a ovládateľnejšia forma výrazu Ka, ktorú nazývali pKa..

pKa = - log Ka

PKa sa bežne označuje ako disociačná konštanta kyseliny. Hodnota pKa je jasnou indikáciou sily kyseliny.

Za silné kyseliny sa považujú tie kyseliny, ktoré majú hodnotu pKa nižšiu alebo vyššiu ako -1,74 (pKa hydróniového iónu). Kým kyseliny, ktoré majú pKa väčšie ako -1,74, sa považujú za kyseliny, ktoré nie sú silné.

Henderson-Hasselbalchova rovnica

Z vyjadrenia Ka je odvodená rovnica, ktorá má obrovský význam v analytických výpočtoch.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Užívanie logaritmov,

log Ka = log H⁺  +   log A^-   -   log HA

A zúčtovanie log H⁺:

-log H = - log Ka + log A^-   -   log HA

Potom sa použijú definície pH a pKa a termíny preskupenia:

pH = pKa + log (A^- / HA)

Toto je slávna Hendersonova-Hasselbalchova rovnica.

použitie

Hendersonova-Hasselbachova rovnica sa používa na odhad pH pufrovacích roztokov, ako aj na to, ako ovplyvňujú relatívne koncentrácie konjugovanej bázy a kyseliny v pH..

Keď je koncentrácia konjugovanej bázy rovná koncentrácii kyseliny, pomer medzi koncentráciami oboch výrazov sa rovná 1; a preto sa jeho logaritmus rovná 0.

V dôsledku toho pH = pKa, ktoré má toto veľmi dôležité, pretože v tejto situácii je účinnosť tlmivého roztoku maximálna.

Obvykle sa používa pH zóna, v ktorej existuje maximálna tlmivá kapacita, kde pH = pka ± 1 jednotka pH.

Ionizačné konštantné cvičenia

Cvičenie 1

Zriedený roztok slabej kyseliny má v rovnováhe tieto koncentrácie: nedisociovaná kyselina = 0,065 M a koncentrácia konjugovanej bázy = 9,10 M^-4 M. Vypočítajte Ka a pKa kyseliny.

Koncentrácia vodíkových iónov alebo hydróniových iónov sa rovná koncentrácii konjugovanej bázy, pretože pochádzajú z ionizácie rovnakej kyseliny..

Nahradenie v rovnici:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Nahradenie ich hodnôt v rovnici:

Ka = (9.10)^-4 M) (9.10)^-4 M) / 65,10^-3 M

= 1,246 · 10^-5

A potom výpočet jeho pKa

pKa = - log Ka

= - log 1,246 · 10^-5

= 4,904

Cvičenie 2

Slabá kyselina s koncentráciou 0,03 M má disociačnú konštantu (Ka) = 1,5.10^-4. Vypočítajte: a) pH vodného roztoku; b) stupeň ionizácie kyseliny.

Pri rovnováhe je koncentrácia kyseliny rovná (0,03 M - x), kde x je množstvo kyseliny, ktorá disociuje. Koncentrácia vodíkových iónových iónov je teda x, rovnako ako koncentrácia konjugovanej bázy.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5.10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M - x. Malá hodnota Ka znamená, že kyselina je pravdepodobne disociovaná veľmi málo, takže (0,03 M - x) je približne 0,03 M.

Nahradenie v Ka:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

A ako x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

= - log [2,12 x 10^-4]

pH = 3,67

A nakoniec, pokiaľ ide o stupeň ionizácie: dá sa vypočítať pomocou nasledujúceho výrazu:

[H⁺] alebo [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10)^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Cvičenie 3

Vypočítam Ka z percenta ionizácie kyseliny, s vedomím, že je ionizovaný o 4,8% z počiatočnej koncentrácie 1,5 · 10.^-3 M.

Na výpočet množstva ionizovanej kyseliny sa stanoví jej 4,8%.

Ionizované množstvo = 1,5.10^-3 M (4,8 / 100)

= 7,2 x 10^-5 M

Toto množstvo ionizovanej kyseliny sa rovná koncentrácii konjugovanej bázy a koncentrácii hydróniového iónu alebo iónu vodíka v rovnováhe..

Koncentrácia kyseliny v rovnováhe = počiatočná koncentrácia kyseliny - množstvo ionizovanej kyseliny.

[HA] = 1,5.10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1,428 x 10^-3 M

A potom riešenie rovnakými rovnicami

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

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

referencie

1. Chémia LibreTexts. (N. D.). Disociačná konštanta. Zdroj: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Disociačná konštanta. Zdroj: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W., Davis, R.E., Peck, L. P. a Stanley, G.G. Chemistry. (2008) Ôsme vydanie. Cengage Učenie.
4. Segel I. H. (1975). Biochemické výpočty. 2 .. Vydanie. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Ako vypočítať konštantu kyslej ionizácie. Štúdia. Zdroj: study.com.