Уравнение за постоянна йонизация от Хендерсън Хаселбалч и упражнения

на постоянна йонизация (или дисоциация) е свойство, което отразява склонността на веществото да освобождава водородни йони; това е пряко свързано със силата на една киселина. Колкото по-голяма е стойността на дисоциационната константа (Ка), толкова по-голямо е освобождаването на водородни връзки от киселината.

Когато става въпрос за вода, например, нейната йонизация е известна като "автопротолиз" или "автоионизация". Тук водната молекула дава Н⁺ към друг, произвеждайки Н йони₃О⁺ и ОН^-, както можете да видите на изображението по-долу.

Дисоциацията на киселина от воден разтвор може да бъде схематизирана по следния начин:

HA + H₂О    <=>  Н₃О⁺     +       А^-

Когато НА представлява киселината, която е йонизирана, Н₃О⁺ към хидрониевия йон и А^- неговата конюгатна база. Ако Ка е висок, по-голямата част от НА ще се дисоциира и следователно ще има по-голяма концентрация на хидрониевия йон. Това повишаване на киселинността може да бъде определено чрез наблюдение на промяна в рН на разтвора, чиято стойност е под 7..

индекс

• 1 Йонизационен баланс
  • 1.1 Ка
• 2 Уравнението на Henderson-Hasselbalch
  • 2.1 Използване
• 3 Йонизиращи постоянни упражнения
  • 3.1 Упражнение 1
  • 3.2 Упражнение 2
  • 3.3 Упражнение 3
• 4 Препратки

Йонизационен баланс

Двойните стрелки в горното химическо уравнение показват, че е установен баланс между реагентите и продукта. Тъй като цялото равновесие има константа, същото се случва с йонизацията на киселина и се изразява, както следва:

К = [Н₃О⁺] [A^-] / [HA] [H₂О]

Термодинамично константата Ка е дефинирана по отношение на дейности, а не концентрации. Обаче, в разредени водни разтвори активността на водата е около 1, а активността на хидрониевия йон, конюгатната база и недисоциираната киселина са близки до техните моларни концентрации..

Поради тези причини беше въведено използването на дисоциационната константа (ka), която не включва водна концентрация. Това позволява дисоциацията на слаба киселина да бъде схематизирана по опростен начин и константата на дисоциация (Ка) се изразява по същия начин.

Той има  <=> Н⁺     +      А^-

Ka = [Н⁺] [A^-] / [HA]

Ка

Константата на дисоциация (Ka) е форма на изразяване на константа на равновесие.

Концентрациите на недисоциираната киселина, конюгатната база и хидрониевия или водородния йон остават постоянни след достигане на равновесното състояние. От друга страна, концентрацията на конюгатната база и хидрониевия йон са абсолютно еднакви.

Стойностите им са дадени в степен 10 с отрицателни експоненти, така че е въведена по-проста и управляема форма на изразяване на Ка, която те наричат ​​pKa.

pKa = - log Ka

PKa обикновено се нарича константа на дисоциация на киселина. Стойността на рКа е ясна индикация за силата на киселина.

Тези киселини, които имат рКа стойност по-ниска или по-висока от -1.74 (рКа на хидрониевия йон), се считат за силни киселини. Докато киселини, които имат рКа по-голяма от -1.74, се считат за не-силни киселини.

Уравнение на Хендерсън-Хаселбалх

От израза на Ка е получено уравнение, което е изключително полезно в аналитичните изчисления.

Ka = [Н⁺] [A^-] / [HA]

Вземане на логаритми,

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

И изчистващ регистър H⁺:

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

Използвайки след това дефинициите на рН и pKa и термините на прегрупиране:

рН = рКа + log (А^- / HA)

Това е известното уравнение на Хендерсън-Хаселбалх.

употреба

Уравнението на Хендерсън-Хаселбах се използва за оценка на рН на буферните разтвори, както и на това как те влияят на относителните концентрации на конюгатната база и киселината в рН.

Когато концентрацията на конюгатната база е равна на концентрацията на киселината, съотношението между концентрациите на двата члена е равно на 1; и следователно логаритъмът му е равен на 0.

В резултат на това рН = pKa, като това е много важно, тъй като в тази ситуация ефективността на буфера е максимална.

Обичайно е в зоната на рН, където съществува максималната буферна способност, където рН = рка ± 1 рН единица.

Йонизиращи постоянни упражнения

Упражнение 1

Разреденият разтвор на слаба киселина има следните концентрации при равновесие: недисоциирана киселина = 0.065 М и концентрация на конюгатна база = 9 · 10^-4 Изчислява се Ка и рКа на киселина.

Концентрацията на водородния йон или на хидрониевия йон е равна на концентрацията на конюгатната база, тъй като те идват от йонизацията на същата киселина..

Заменяйки в уравнението:

Ka = [Н⁺] [A^-] / HA

Заместване в уравнението на съответните им стойности:

Ka = (9.10)^-4 М) (9,10^-4 M) / 65 · 10^-3 М

= 1,246 · 10^-5

И изчисляване тогава неговата pKa

pKa = - log Ka

= - log 1,246 · 10^-5

= 4,904

Упражнение 2

Слаба киселина с концентрация 0.03 М, има дисоциационна константа (Ka) = 1.5 · 10^-4. Изчислява се: а) рН на водния разтвор; б) степента на йонизация на киселината.

При равновесие концентрацията на киселината е равна на (0.03 М - х), където х е количеството на киселината, която се дисоциира. Следователно, концентрацията на водород или хидрониев йон е х, както и концентрацията на конюгирана база.

Ka = [Н⁺] [A^-] / [HA] = 1.5 · 10^-6

[Н⁺] = [A^-] = x

Y [НА] = 0.03 М-х. Малката стойност на Ка показва, че киселината вероятно се разпада много малко, така че (0.03 М - х) е приблизително равна на 0.03 М.

Заместване в Ka:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

х² = 4.5 · 10^-8 М²

х = 2.12 х 10^-4 М

И като x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

= - log [2.12 x 10^-4]

рН = 3.67

И накрая по отношение на степента на йонизация: може да се изчисли чрез следния израз:

[Н⁺] или [A^-] / HA] x 100%

(2,12-10)^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Упражнение 3

Изчислявам Ка от процента на йонизация на киселина, знаейки, че тя е йонизирана с 4,8% от първоначалната концентрация от 1,5 · 10^-3 М.

За да се изчисли количеството на киселината, която се йонизира, се определя нейната 4.8%.

Йонизирано количество = 1,5 · 10^-3 М (4.8 / 100)

= 7.2 х 10^-5 М

Това количество йонизирана киселина е равно на концентрацията на конюгатната основа и на концентрацията на хидрониевия йон или водородния йон в равновесието..

Концентрацията на киселината в равновесието = начална концентрация на киселината - количеството на йонизираната киселина.

[HA] = 1.5 · 10^-3 М-7.2 · 10^-5 М

= 1,428 х 10^-3 М

И тогава решавайки със същите уравнения

Ka = [Н⁺] [A^-] / [HA]

Ka = (7.2 · 10^-5 M x 7.2 · 10^-5 М) / 1,428-10^-3 М

= 3.63 х 10^-6

pKa = - log Ka

= - log 3.63 х 10^-6

= 5.44

препратки

1. Химия LibreTexts. (Н.О.). Константа на дисоциация. Изтеглено от: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Константа на дисоциация. Изтеглено от: en.wikipedia.org
3. Whitten, К. W., Davis, R.E., Peck, L. P. and Stanley, G. G. Chemistry. (2008) Осма версия. Cengage Learning.
4. Segel I. H. (1975). Биохимични изчисления. 2-ри. Edition. Джон Уайли и синове. INC.
5. Kabara E. (2018). Как да изчислим константата на киселинната йонизация. Изследване. Изтеглено от: study.com.