Henderson Hasselbalchin pysyvä ionisaatioyhtälö ja harjoitukset

ionisaatiovakio (tai dissosiaatio) on ominaisuus, joka heijastaa aineen taipumusta vapauttaa vetyioneja; se on suoraan yhteydessä hapon lujuuteen. Mitä suurempi dissosiaatiovakio (Ka) on, sitä suurempi on happo-sidosten vapautuminen.

Esimerkiksi veden osalta sen ionisaatiota kutsutaan "autoprotolyysiksi" tai "autoionisoinniksi". Tässä vesimolekyyli tuottaa H: n⁺ toiselle, tuottavat H-ionit₃O⁺ ja OH^-, kuten näet alla olevassa kuvassa.

Hapon hajoaminen vesiliuoksesta voidaan kaaviota seuraavalla tavalla:

HA + H₂O    <=>  H₃O⁺     +       ^-

Kun HA edustaa happoa, joka on ionisoitu, H₃O⁺ hydroniumioniin ja A^- sen konjugaattipohja. Jos Ka on korkea, suurin osa HA: sta dissosioituu ja näin ollen on suurempi hydroniumionin konsentraatio. Tämä happamuuden kasvu voidaan määrittää havaitsemalla liuoksen pH: n muutos, jonka arvo on alle 7..

indeksi

• 1 Ionisaatiotasapaino
  • 1.1 Ka
• 2 Henderson-Hasselbalch-yhtälö
  • 2.1 Käyttö
• 3 Ionisaation jatkuvat harjoitukset
  • 3.1 Harjoitus 1
  • 3.2 Harjoitus 2
  • 3.3 Harjoitus 3
• 4 Viitteet

Ionisaatiotasapaino

Ylemmän kemiallisen yhtälön kaksoisnuolet osoittavat, että reagoivien aineiden ja tuotteen välillä on tasapaino. Koska kaikilla tasapainoilla on vakio, sama tapahtuu hapon ionisoinnissa ja se ilmaistaan ​​seuraavasti:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Termodynamisesti vakio Ka määritellään aktiivisuuden, ei pitoisuuksien perusteella. Laimennetuissa vesiliuoksissa veden aktiivisuus on kuitenkin noin 1, ja hydroniumionin, konjugaattipohjan ja hajoamattoman hapon aktiivisuus on lähellä niiden moolipitoisuuksia.

Näistä syistä lisättiin dissosiaatiovakio (ka), joka ei sisällä vesipitoisuutta. Tämä sallii, että heikon hapon dissosiointi voidaan kaaviota yksinkertaisemmin ja dissosiaatiovakio (Ka) ilmaistaan ​​samalla tavalla.

se on  <=> H⁺     +      ^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka

Dissosiaatiovakio (Ka) on tasapaino- vakion ilmentymismuoto.

Ei-dissosioituneen hapon, konjugaattipohjan ja hydronium- tai vetyionin pitoisuudet pysyvät vakioina tasapainotilan saavuttamisen jälkeen. Toisaalta konjugaattipohjan ja hydroniumionin pitoisuus on täsmälleen sama.

Niiden arvot annetaan 10: n valtuuksilla negatiivisilla eksponenteilla, joten Ka-lausekkeen yksinkertaisempi ja hallittavampi muoto otettiin käyttöön, jota kutsuttiin pKa: ksi..

pKa = - log Ka

PKa: ta kutsutaan yleisesti happo dissosiaatiovakiona. PKa: n arvo on selkeä osoitus hapon lujuudesta.

Niitä happoja, joiden pKa-arvo on pienempi tai negatiivisempi kuin -1,74 (hydroniumionin pKa), pidetään vahvoina happoina. Vaikka happoja, joiden pKa on suurempi kuin -1,74, pidetään ei-vahvina happoina.

Henderson-Hasselbalchin yhtälö

Ka: n ilmentymisestä johdetaan yhtälö, joka on valtavan hyödyllinen analyyttisissä laskelmissa.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Logaritmien ottaminen,

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

Ja selvitys loki H⁺:

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

Käyttämällä sitten pH: n ja pKa: n määritelmiä ja ryhmittelemällä ehdot:

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

Tämä on kuuluisa Henderson-Hasselbalch-yhtälö.

käyttö

Henderson-Hasselbach-yhtälöä käytetään puskuriliuosten pH: n arvioimiseen sekä siihen, miten ne vaikuttavat konjugaattipohjan ja hapon suhteellisiin pitoisuuksiin pH: ssa.

Kun konjugaattipohjan konsentraatio on yhtä suuri kuin hapon konsentraatio, molempien termien konsentraatioiden välinen suhde on 1; ja siksi sen logaritmi on 0.

Tämän seurauksena pH = pKa, jolla on tämä erittäin tärkeä, koska tässä tilanteessa puskurin tehokkuus on suurin.

On tavallista ottaa pH-alue, jossa on suurin puskurikapasiteetti, jossa pH = pka ± 1 pH-yksikkö.

Ionisaation jatkuvat harjoitukset

Harjoitus 1

Heikon hapon laimealla liuoksella on seuraavat konsentraatiot tasapainossa: ei-jakautunut happo = 0,065 M ja konjugaattipitoisuus = 9 · 10^-4 M. Lasketaan hapon Ka ja pKa.

Vetyionin tai hydroniumionin pitoisuus on yhtä suuri kuin konjugaattipohjan konsentraatio, koska ne ovat peräisin saman hapon ionisaatiosta.

Korvaaminen yhtälössä:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Korvataan yhtälössä niiden arvot:

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

= 1,246 · 10^-5

Ja sitten lasketaan sen pKa

pKa = - log Ka

= - log 1,246 · 10^-5

= 4,904

Harjoitus 2

Heikolla hapolla, jonka pitoisuus on 0,03 M, dissosiaatiovakio (Ka) = 1,5 · 10^-4. Laske: a) vesiliuoksen pH; b) hapon ionisointiaste.

Tasapainossa hapon pitoisuus on (0,03 M - x), missä x on hapon määrä, joka hajoaa. Siksi vety- tai hydroniumionin pitoisuus on x, samoin kuin konjugoidun emäksen konsentraatio.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M - x. Ka: n pieni arvo osoittaa, että happo todennäköisesti erottuu hyvin vähän, niin että (0,03 M - x) on suunnilleen yhtä suuri kuin 0,03 M.

Korvaaminen Ka: ssa:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

Ja x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

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

pH = 3,67

Ja lopuksi ionisaation aste: se voidaan laskea seuraavan ilmaisun avulla:

[H⁺] tai [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Harjoitus 3

Lasken Ka: n happaman ionisaation prosenttiosuudesta tietäen, että se ionisoituu 4,8%: lla alkuperäisestä pitoisuudesta 1,5 · 10^-3 M.

Ionisoidun hapon määrän laskemiseksi määritetään sen 4,8%.

Ionisoitu määrä = 1,5 · 10^-3 M (4.8 / 100)

= 7,2 x 10^-5 M

Tämä ionisoidun hapon määrä on yhtä suuri kuin konjugaattipohjan konsentraatio ja hydroniumionin tai vetyionin pitoisuus tasapainossa.

Hapon konsentraatio tasapainossa = hapon alkupitoisuus - ionisoidun hapon määrä.

[HA] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1 428 x 10^-3 M

Ja sitten ratkaistaan ​​samoilla yhtälöillä

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

viittaukset

1. Kemia LibreTexts. (N.D.). Jakautuvakio. Haettu osoitteesta: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Jakautuvakio. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W., Davis, R. E., Peck, L. P. ja Stanley, G. G. Chemistry. (2008) Kahdeksas painos. Cengage-oppiminen.
4. Segel I. H. (1975). Biokemialliset laskelmat. 2nd. Painos. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Miten lasketaan happo-ionisaatiovakio. Tutkimus. Haettu osoitteesta study.com.