Podíl:
Konstantní ionizační rovnice Hendersona Hasselbalcha a cvičení
ionizační konstanta (nebo disociace) je vlastnost, která odráží tendenci látky uvolňovat vodíkové ionty; to je, to je přímo příbuzné síle kyseliny. Čím vyšší je hodnota disociační konstanty (Ka), tím větší je uvolňování vodíkových vazeb kyselinou.
Pokud jde například o vodu, je její ionizace známa jako „autoprotolis“ nebo „autoionizace“. Zde molekula vody dává H+ další, produkující ionty H3O+ a OH-, jak vidíte na obrázku níže.
Disociace kyseliny z vodného roztoku může být schematizována následujícím způsobem:
HA + H2O <=> H3O+ + A-
Kde HA představuje kyselinu, která je ionizovaná, H3O+ na hydroniový ion a A- jeho konjugované báze. Pokud je Ka vysoká, větší část HA se disociuje a v důsledku toho dojde k větší koncentraci hydroniového iontu. Toto zvýšení kyselosti lze stanovit pozorováním změny pH roztoku, jehož hodnota je nižší než 7..
Index
- 1 Ionizační bilance
- 1,1 Ka
- 2 Hendersonova-Hasselbalchova rovnice
- 2.1 Použití
- 3 Ionizační konstantní cvičení
- 3.1 Cvičení 1
- 3.2 Cvičení 2
- 3.3 Cvičení 3
- 4 Odkazy
Ionizační bilance
Dvojité šipky v horní chemické rovnici ukazují, že mezi reaktanty a produktem vzniká rovnováha. Jelikož celá rovnováha má konstantu, totéž se děje s ionizací kyseliny a vyjadřuje se takto:
K = [H3O+] [A-] / [HA] [H2O]
Termodynamicky je konstanta Ka definována z hlediska činností, nikoliv koncentrací. Ve zředěných vodných roztocích je však aktivita vody asi 1 a aktivity iontu hydronia, konjugované báze a nedisociované kyseliny se blíží jejich molárním koncentracím..
Z těchto důvodů bylo zavedeno použití disociační konstanty (ka), která nezahrnuje koncentraci vody. To umožňuje, že disociace slabé kyseliny může být schematizována jednodušším způsobem a disociační konstanta (Ka) je vyjádřena stejným způsobem.
HA <=> H+ + A-
Ka = [H+] [A-] / [HA]
Ka
Disociační konstanta (Ka) je formou vyjádření rovnovážné konstanty.
Koncentrace nedisociované kyseliny, konjugované báze a hydronia nebo iontu vodíku zůstávají konstantní, jakmile je dosaženo rovnovážného stavu. Na druhé straně koncentrace konjugované báze a hydroniového iontu je přesně stejná.
Jejich hodnoty jsou uvedeny v mocninách 10 s negativními exponenty, takže byla zavedena jednodušší a ovladatelnější forma výrazu Ka, kterou nazývali pKa..
pKa = - log Ka
PKa se běžně označuje jako disociační konstanta kyseliny. Hodnota pKa je jasným ukazatelem síly kyseliny.
Za silné kyseliny se považují kyseliny, které mají hodnotu pKa nižší nebo vyšší než -1,74 (pKa hydroniového iontu). Zatímco kyseliny, které mají pKa větší než -1,74, jsou považovány za nesilné kyseliny.
Hendersonova-Hasselbalchova rovnice
Od výrazu Ka je odvozena rovnice, která je nesmírně užitečná v analytických výpočtech.
Ka = [H+] [A-] / [HA]
Užívání logaritmů,
log Ka = log H+ + log A- - log HA
A vymazání log H+:
-log H = - log Ka + log A- - log HA
Pak se použijí definice pH a pKa a termíny přeskupení:
pH = pKa + log (A- / HA)
Toto je slavná Hendersonova-Hasselbalchova rovnice.
Použití
Hendersonova-Hasselbachova rovnice se používá k odhadu pH pufrových roztoků a také k tomu, jak ovlivňují relativní koncentrace konjugované báze a kyseliny v pH..
Když je koncentrace konjugované báze rovna koncentraci kyseliny, poměr mezi koncentracemi obou termínů je roven 1; a proto se jeho logaritmus rovná 0.
V důsledku toho pH = pKa, které má toto velmi důležité, protože v této situaci je účinnost pufru maximální.
Obvykle se provádí pH zóna, kde je maximální pufrová kapacita, kde pH = pka ± 1 pH jednotka.
Ionizační konstantní 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 vodíkových iontů nebo iontů hydronia se rovná koncentraci konjugované báze, protože pocházejí z ionizace stejné kyseliny..
Nahrazení v rovnici:
Ka = [H+] [A-] / HA
Nahrazení příslušných hodnot v rovnici:
Ka = (9 · 10)-4 M) (9.10)-4 M) / 65 · 10-3 M
= 1,246 · 10-5
A pak vypočítá 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 disociuje. Proto je koncentrace vodíku nebo hydroniového iontu x, stejně jako koncentrace konjugované báze.
Ka = [H+] [A-] / [HA] = 1,5.10-6
[H+] = [A-] = x
Y [HA] = 0,03 M - x. Malá hodnota Ka znamená, že kyselina pravděpodobně disociovala velmi málo, takže (0,03 M - x) je přibližně rovno 0,03 M.
Nahrazení v Ka:
1,5 · 10-6 = x2 / 3 · 10-2
x2 = 4,5 · 10-8 M2
x = 2,12 x 10-4 M
A jako x = [H+]
pH = - log [H+]
= - log [2,12 x 10-4]
pH = 3,67
A konečně, pokud jde o stupeň ionizace: lze ji vypočítat pomocí následujícího výrazu:
[H+] nebo [A-] / HA] x 100%
(2,12 · 10)-4 / 3 · 10-2) x 100%
0,71%
Cvičení 3
Vypočítám Ka z procenta ionizace kyseliny, s vědomím, že je ionizován 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 iontu vodíku nebo vodíku v rovnováze..
Koncentrace kyseliny v rovnováze = počáteční koncentrace kyseliny - množství ionizované kyseliny.
[HA] = 1,5.10-3 M - 7,2 · 10-5 M
= 1,428 x 10-3 M
A řešení pak stejnými rovnicemi
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
Odkazy
- Chemie LibreTexts. (s.f.). Disociační konstanta. Zdroj: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Disociační konstanta. Zdroj: en.wikipedia.org
- Whitten, K. W., Davis, R.E., Peck, L. P. a Stanley, G.G. Chemistry. (2008) Osmé vydání. Cengage učení.
- Segel I. H. (1975). Biochemické výpočty. 2.. Vydání. John Wiley & Sons. INC.
- Kabara E. (2018). Jak vypočítat konstantu ionizace kyseliny. Studie. Zdroj: study.com.