Постоянное уравнение ионизации по Хендерсону Хассельбальчу и упражнения

константа ионизации (или диссоциация) - это свойство, которое отражает тенденцию вещества выделять ионы водорода; то есть это напрямую связано с силой кислоты. Чем больше значение константы диссоциации (Ка), тем больше высвобождение водородных связей кислотой.

Например, когда речь заходит о воде, ее ионизация называется «автопротолизом» или «автоионизацией». Здесь молекула воды дает H⁺ к другому, производя ионы H₃О⁺ и ОН^-, как вы можете видеть на изображении ниже.

Диссоциация кислоты из водного раствора может быть схематизирована следующим образом:

HA + H₂О    <=>  H₃О⁺     +       ^-

Где HA представляет собой кислоту, которая является ионизированной, H₃О⁺ к иону гидрония и А^- его сопряженное основание. Если Ka является высоким, большая часть HA будет диссоциировать и, следовательно, будет более высокая концентрация иона гидрония. Это повышение кислотности можно определить, наблюдая за изменением рН раствора, значение которого ниже 7..

индекс

• 1 ионизационный баланс
  • 1,1 Ка
• 2 Уравнение Хендерсона-Хассельбальха
  • 2.1 Использование
• 3 Ионизационные постоянные упражнения
  • 3.1 Упражнение 1
  • 3.2 Упражнение 2
  • 3.3 Упражнение 3
• 4 Ссылки

Ионизационный баланс

Двойные стрелки в верхнем химическом уравнении показывают, что между реагентами и продуктом установлен баланс. Поскольку все равновесие имеет константу, то же самое происходит с ионизацией кислоты и выражается следующим образом:

K = [H₃О⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Термодинамически постоянная Ka определяется с точки зрения активности, а не концентрации. Однако в разбавленных водных растворах активность воды составляет около 1, а активность ионов гидрония, конъюгата и недиссоциированной кислоты близка к их молярным концентрациям..

По этим причинам было введено использование константы диссоциации (ka), которая не включает концентрацию воды. Это позволяет упростить схематическое представление о диссоциации слабой кислоты, а константа диссоциации (Ka) выражается таким же образом.

Он имеет  <=> H⁺     +      ^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ка

Константа диссоциации (Ка) является формой выражения константы равновесия.

Концентрации недиссоциированной кислоты, конъюгатного основания и гидрония или иона водорода остаются постоянными после достижения равновесного состояния. С другой стороны, концентрация сопряженного основания и иона гидроксония абсолютно одинакова.

Их значения даны в степенях 10 с отрицательными показателями, поэтому была введена более простая и управляемая форма выражения Ка, которую они назвали pKa.

pKa = - log Ka

PKa обычно называют константой диссоциации кислоты. Значение рКа является четким показателем силы кислоты.

Те кислоты, которые имеют значение pKa ниже или более отрицательно, чем -1,74 (pKa иона гидроксония), считаются сильными кислотами. В то время как кислоты, которые имеют pKa больше чем -1,74, считаются не сильными кислотами.

Уравнение Хендерсона-Хассельбальха

Из выражения Ка получено уравнение, которое очень полезно в аналитических расчетах.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Принимая логарифмы,

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

И очистка журнала H⁺:

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

Используя затем определения pH и pKa, и термины перегруппировки:

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

Это знаменитое уравнение Хендерсона-Хассельбальха.

использование

Уравнение Хендерсона-Хассельбаха используется для оценки pH буферных растворов, а также того, как они влияют на относительные концентрации основания конъюгата и кислоты в pH.

Когда концентрация основания конъюгата равна концентрации кислоты, соотношение между концентрациями обоих слагаемых равно 1; и, следовательно, его логарифм равен 0.

Как следствие, pH = pKa, что очень важно, поскольку в этой ситуации эффективность буфера максимальна..

Обычно берется зона pH, где существует максимальная буферная емкость, где pH = pka ± 1 единица pH.

Ионизация постоянных упражнений

Упражнение 1

Разбавленный раствор слабой кислоты имеет следующие концентрации в равновесии: недиссоциированная кислота = 0,065 М и концентрация конъюгата основания = 9 · 10.^-4 М. Рассчитайте Ka и pKa кислоты.

Концентрация иона водорода или иона гидрония равна концентрации конъюгата основания, так как они происходят от ионизации одной и той же кислоты.

Подставляя в уравнение:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Подставляя в уравнение их соответствующие значения:

Ка = (9 · 10^-4 М) (9 · 10^-4 М) / 65 · 10^-3 M

= 1246 · 10^-5

И рассчитываю тогда свою пКа

pKa = - log Ka

= - журнал 1246 · 10^-5

= 4,904

Упражнение 2

Слабая кислота с концентрацией 0,03 М, имеет константу диссоциации (Ка) = 1,5 · 10.^-4. Рассчитайте: а) рН водного раствора; б) степень ионизации кислоты.

В равновесном состоянии концентрация кислоты равна (0,03 М - х), где х - количество кислоты, которая диссоциирует. Следовательно, концентрация иона водорода или гидрония равна x, так же как и концентрация сопряженного основания..

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[Н⁺] = [A^-] = х

Y [HA] = 0,03 М - х. Небольшое значение Ka указывает на то, что кислота, вероятно, очень мало диссоциирует, так что (0,03 М - х) приблизительно равно 0,03 М..

Подставляя в Ка:

1,5 · 10^-6 = х² / 3 · 10^-2

х² = 4,5 · 10^-8 M²

х = 2,12 х 10^-4 M

И как х = [Н⁺]

pH = - log [H⁺]

= - log [2.12 x 10^-4]

рН = 3,67

И, наконец, в отношении степени ионизации: ее можно рассчитать с помощью следующего выражения:

[Н⁺] или [A^-] / HA] x 100%

(2.12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) х 100%

0,71%

Упражнение 3

Я рассчитываю Ka по проценту ионизации кислоты, зная, что она ионизирована на 4,8% от начальной концентрации 1,5 · 10.^-3 M.

Для расчета количества кислоты, которая ионизируется, определяют ее 4,8%..

Ионизированное количество = 1,5 · 10^-3 М (4,8 / 100)

= 7,2 х 10^-5 M

Это количество ионизированной кислоты равно концентрации сопряженного основания и концентрации иона гидроксония или иона водорода в равновесии.

Концентрация кислоты в равновесии = начальная концентрация кислоты - количество ионизированной кислоты.

[HA] = 1,5 · 10^-3 М - 7,2 · 10^-5 M

= 1,428 x 10^-3 M

И решить тогда с теми же уравнениями

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ка = (7,2 · 10^-5 М х 7,2 · 10^-5 М) / 1,428 · 10^-3 M

= 3,63 х 10^-6

pKa = - log Ka

= - журнал 3,63 x 10^-6

= 5.44

ссылки

1. Химия LibreTexts. (Н.Д.). Константа диссоциации. Получено от: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Константа диссоциации. Получено с: en.wikipedia.org
3. Whitten, K.W., Davis, R.E., Peck, L.P. and Stanley, G.G. Chemistry. (2008) Восьмое издание. Cengage Learning.
4. Сегель И. Х. (1975). Биохимические расчеты. Второй. Выпуск. Джон Вили и сыновья. INC.
5. Кабара Э. (2018). Как рассчитать постоянную кислотной ионизации. Исследование. Получено с: study.com.