IONIZAČNÁ KONŠTANTA: ROVNICA A CVIČENIA - CHÉMIA - 2024

Ionizačné konštanta, disociačná konštanta alebo konštanta kyslosti, je vlastnosť, ktorá odráža sklon látky na vodík uvoľnenie iónov; to znamená, že priamo súvisí so silou kyseliny. Čím vyššia je hodnota disociačnej konštanty (Ka), tým väčšie je uvoľňovanie iónov vodíka kyselinou.

Napríklad pokiaľ ide o vodu, jej ionizácia sa nazýva „autoprotolýza“ alebo „autoionizácia“. Tu je molekula vody dáva H ⁺ do druhého, produkovať H ₃ O ⁺ a OH ^- ióny , ako je vidieť na obrázku nižšie.

Zdroj: Cdang, z Wikimedia Commons

Disociácia kyseliny z vodného roztoku môže byť naznačená nasledujúcim spôsobom:

HA + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + A ^-

V prípade, HA predstavuje kyseliny, ktorá sa ionizuje, H ₃ O ⁺ na hydroniový ion, a A ^- jej konjugovanej bázy. Ak je Ka vysoká, viac HA sa disociuje, a preto bude vyššia koncentrácia iónu hydrónia. Toto zvýšenie kyslosti je možné stanoviť pozorovaním zmeny pH roztoku, ktorého hodnota je nižšia ako 7.

Ionizačná rovnováha

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

K = /

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

Z týchto dôvodov sa zaviedlo použitie disociačnej konštanty (ka), ktorá nezahŕňa koncentráciu vody. To umožňuje, aby slabá disociácia kyseliny bola zjednodušená a disociačná konštanta (Ka) bola vyjadrená v rovnakej forme.

HA <=> H ⁺ + A ^-

Ka = /

ka

Disociačná konštanta (Ka) je formou vyjadrenia rovnovážnej konštanty.

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

Ich hodnoty sú uvedené v silách 10 so zápornými exponentmi, a preto bola zavedená jednoduchšia a zvládnuteľnejšia forma vyjadrenia Ka, ktorú nazývali pKa.

pKa = - log Ka

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

Kyseliny, ktoré majú hodnotu pKa nižšiu alebo viac negatívnu ako -1,74 (pKa iónu hydrónia), sa považujú za silné kyseliny. Kyseliny, ktoré majú pKa vyššiu ako -1,74, považujú sa za ne silné kyseliny.

Henderson-Hasselbalchova rovnica

Rovnica je odvodená z výrazu Ka, ktorý je veľmi užitočný pri analytických výpočtoch.

Ka = /

Berúc logaritmy,

log Ka = log H ⁺ + log A ^- - log HA

A riešenie pre log H ⁺ :

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

Potom pomocou definícií pH a pKa a preskupením výrazov:

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

Toto je slávna Henderson-Hasselbalchova rovnica.

použitie

Henderson-Hasselbachova rovnica sa používa na odhad pH tlmivých roztokov, ako aj vplyv relatívnych koncentrácií konjugovanej bázy a kyseliny na pH.

Keď je koncentrácia konjugovanej bázy rovná koncentrácii kyseliny, vzťah medzi koncentráciami obidvoch termínov je rovný 1; a preto sa jeho logaritmus rovná 0.

V dôsledku toho je pH = pKa, čo je veľmi dôležité, pretože v tejto situácii je účinnosť pufra maximálna.

Zvyčajne sa berie zóna pH, v ktorej je maximálna pufrovacia kapacita, a tá, kde pH = pka ± 1 jednotka pH.

Ionizačné stále cvičenia

Cvičenie 1

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

Koncentrácia hydrogénového iónu alebo hydróniového iónu sa rovná koncentrácii konjugovanej bázy, pretože pochádzajú z ionizácie tej istej kyseliny.

Nahradenie v rovnici:

Ka = / HA

Nahradenie ich príslušných hodnôt v rovnici:

Ka = (910 - ⁴ M) (910 - ⁴ M) / 65 ^10-3 M

= 1 246 10 ^-5

A potom sa vypočíta jej 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 sa disociuje. Preto je koncentrácia vodíka alebo iónu hydrónia x, rovnako ako koncentrácia konjugovanej bázy.

Ka = / = 1,5 ^10-6

= = x

Y = 0,03 M - x. Malá hodnota Ka znamená, že kyselina sa pravdepodobne disociovala veľmi málo, takže (0,03 M - x) sa približne rovná 0,03 M.

Nahradenie 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 pretože x =

pH = - log

= - log

pH = 3,67

A nakoniec, čo sa týka stupňa ionizácie: môže sa vypočítať pomocou nasledujúceho výrazu:

o / HA] x 100%

(2,12 10 ^-4 / 3 10 ^-2 ) x 100%

0,71%

Cvičenie 3

Počítam Ka z percentuálneho podielu ionizácie kyseliny s vedomím, že ionizuje 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 alebo vodíkového iónu v rovnováhe.

Rovnovážna koncentrácia kyseliny = počiatočná koncentrácia kyseliny - množstvo ionizovanej kyseliny.

= 1,5 10 ^-3 M - 7,2 10 ^-5 M

= 1 428 x 10 ^-3 M

A potom riešenie rovnakých rovníc

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

Referencie

1. Chémia LibreTexts. (SF). Disociačná konštanta. Obnovené z: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Disociačná konštanta. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP a Stanley, GG Chemistry. (2008) ôsme vydanie. Cengage Learning.
4. Segel IH (1975). Biochemické výpočty. 2 .. Vydanie. John Wiley a synovia. INC.
5. Kabara E. (2018). Ako vypočítať konštantu ionizácie kyseliny. Štúdia. Obnovené z: study.com.