- Ioniseringsbalance
- Ka
- Henderson-Hasselbalch ligning
- Brug
- Ionisering konstante øvelser
- Øvelse 1
- Øvelse 2
- Øvelse 3
- Referencer
Den ionisering konstant, dissociationskonstanten eller syrekonstant, er en egenskab, der afspejler tendensen af et stof til frigivelse hydrogenioner; det vil sige, det er direkte relateret til styrken af en syre. Jo højere værdien af dissociationskonstanten (Ka) er, jo større er frigørelsen af brintioner med syren.
Når det gælder vand, for eksempel, kaldes dets ionisering som 'autoprotolyse' eller 'autoionisering'. Her giver et vandmolekyle en H + til en anden, der producerer H 3 O + og OH - ioner, som vist på billedet herunder.
Kilde: Cdang, fra Wikimedia Commons
Dissocieringen af en syre fra en vandig opløsning kan skitseres på følgende måde:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
Hvor HA betegner den syre, er ioniseret, H 3 O + den hydroniumion, og A - dens konjugatbase. Hvis Ka er høj, vil mere af HA dissocieres, og der vil derfor være en højere koncentration af hydroniumionen. Denne stigning i surhedsgrad kan bestemmes ved at observere en ændring i opløsningens pH, hvis værdi er under 7.
Ioniseringsbalance
Dobbeltpile i den øverste kemiske ligning indikerer, at der etableres en balance mellem reaktanter og produkt. Da enhver ligevægt har en konstant, sker det samme med ioniseringen af en syre og udtrykkes som følger:
K = /
Termodynamisk defineres den konstante Ka med hensyn til aktiviteter, ikke koncentrationer. I fortyndede vandige opløsninger er vandets aktivitet imidlertid omkring 1, og aktiviteterne af hydroniumionen, konjugatbasen og den ikke-associerede syre er tæt på deres molære koncentrationer.
Af disse grunde blev anvendelsen af dissociationskonstanten (ka) introduceret, som ikke inkluderer vandkoncentrationen. Dette tillader, at den svage syredissociation skematiseres på en enklere måde, og dissociationskonstanten (Ka) udtrykkes i samme form.
HA <=> H + + A -
Ka = /
Ka
Dissociationskonstanten (Ka) er en form for udtryk for en ligevægtskonstant.
Koncentrationerne af den ikke-associerede syre, konjugatbasen og hydronium eller hydrogenion forbliver konstante, når ligevægtsbetingelsen er nået. På den anden side er koncentrationen af konjugatbasen og koncentrationen af hydroniumionen nøjagtig den samme.
Deres værdier er givet i kræfter på 10 med negative eksponenter, så en enklere og mere håndterbar form for Ka-udtryk blev introduceret, som de kaldte pKa.
pKa = - log Ka
PKa kaldes almindeligvis syredissociationskonstanten. PKa-værdien er en klar indikation af styrken af en syre.
De syrer, der har en pKa-værdi, der er mindre eller mere negative end -1,74 (pKa for hydroniumionen), betragtes som stærke syrer. Mens syrer, der har en pKa større end -1,74, betragtes de som ikke-stærke syrer.
Henderson-Hasselbalch ligning
En ligning er afledt af Ka-udtrykket, som er yderst nyttig i analytiske beregninger.
Ka = /
Tager logaritmer, log Ka = log H + + log A - - log HA
Og løsning til log H +:
-log H = - log Ka + log A - - log HA
Brug derefter definitionerne af pH og pKa og omgruppering af udtryk:
pH = pKa + log (A - / HA)
Dette er den berømte Henderson-Hasselbalch-ligning.
Brug
Henderson-Hasselbach-ligningen bruges til at estimere pH-værdien for buffere, samt hvordan de relative koncentrationer af konjugatbase og syre påvirker pH.
Når koncentrationen af konjugatbasen er lig med koncentrationen af syren, er forholdet mellem koncentrationerne af begge udtryk lig med 1; og derfor er dens logaritme lig med 0.
Som en konsekvens af pH = pKa, hvilket er meget vigtigt, da buffereffektiviteten i denne situation er maksimal.
PH-zonen, hvor der er den maksimale bufferkapacitet, tages normalt, det, hvor pH = pka ± 1 pH-enhed.
Ionisering konstante øvelser
Øvelse 1
Den fortyndede opløsning af en svag syre har følgende koncentrationer i ligevægt: udissocieret syre = 0,065 M og konjugatbase-koncentration = 9-10 -4 M. Beregn syrens Ka og pKa.
Koncentrationen af hydrogenion eller hydroniumion er lig med koncentrationen af konjugatbasen, da de kommer fra ioniseringen af den samme syre.
Udskiftning i ligningen:
Ka = / HA
I ligningen erstattes af deres respektive værdier:
Ka = (9 10 -4 M) (9 10 -4 M) / 65 10 -3 M
= 1,246 10 -5
Og derefter beregne dens pKa
pKa = - log Ka
= - log 1,246 10 -5
= 4,904
Øvelse 2
En svag syre med en koncentration på 0,03 M har en dissociationskonstant (Ka) = 1,5 · 10 -4. Beregn: a) pH af den vandige opløsning; b) graden af ionisering af syren.
Ved ligevægt er koncentrationen af syren lig med (0,03 M - x), hvor x er den mængde syre, der dissocieres. Derfor er koncentrationen af hydrogen eller hydroniumion x, ligesom koncentrationen af konjugatbasen.
Ka = / = 1,5 10-6
= = x
Y = 0,03 M - x. Den lille værdi af Ka indikerer, at syren sandsynligvis dissocierede meget lidt, så (0,03 M - x) er omtrent lig med 0,03 M.
Erstatning i 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
Og da x =
pH = - log
= - log
pH = 3,67
Og endelig, hvad angår graden af ionisering: det kan beregnes ved hjælp af følgende udtryk:
o / HA] x 100%
(2,12 10 -4 / 3 10 -2) x 100%
0,71%
Øvelse 3
Jeg beregner Ka ud fra andelen af ionisering af en syre, vel vidende at den ioniserer med 4,8% fra en startkoncentration på 1,5 - 10 -3 M.
For at beregne mængden af syre, der er ioniseret, bestemmes dens 4,8%.
Ioniseret mængde = 1,5 · 10 -3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10-5 M
Denne mængde ioniseret syre er lig med koncentrationen af konjugatbasen og koncentrationen af hydronium eller hydrogenion ved ligevægt.
Ligevægtsyrekoncentrationen = initial syrekoncentration - mængden af den ioniserede syre.
= 1,5 10 -3 M - 7,2 10 -5 M
= 1,428 x 10 -3 M
Og derefter løse med de samme ligninger
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
Referencer
- Kemi LibreTexts. (Sf). Dissociation konstant. Gendannes fra: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Dissociation konstant. Gendannet fra: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) ottende udgave. Cengage Learning.
- Segel IH (1975). Biokemiske beregninger. 2nd. Edition. John Wiley & sønner. INC.
- Kabara E. (2018). Hvordan man beregner den sure ioniseringskonstant. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com.