Výpočet Rovnovážných Koncentrací Polyprotic Kyseliny
Polyprotic kyseliny mají komplexní rovnováhy v důsledku přítomnosti více druhů v roztoku.
cíle učení
řešení rovnovážných problémů pomocí vhodných aproximací pro slabé a silné polyprotické kyseliny.,
Klíčové Takeaways
Klíčové Body
- Polyprotic kyseliny obsahují více kyselé protony, které mohou postupně disociují z komplexu s jedinečným kyseliny disociační konstanty pro každý proton.
- vzhledem k rozmanitosti možných iontových druhů v roztoku pro každou kyselinu může být přesný výpočet koncentrací různých druhů v rovnováze velmi komplikovaný.
- určitá zjednodušení mohou usnadnit výpočty; tato zjednodušení se liší podle specifické kyseliny a podmínek řešení.,
Klíčové Pojmy
- iontová druh: chemické látky, které se zbytkový náboj; v acidobazické rovnováhy, poplatek vyplývající ze ztráty nebo přidání elektronů z chemických sloučenin,
- rovnováhy: stav a reakce, ve kterém sazby vpřed a zpětné reakce jsou stejné.
- polyprotic kyselin: kyseliny s více kyselé protony
Polyprotic kyselin může ztratit více než jeden proton. První disociace protonu může být označena jako Ka1 a konstanty pro následné disociace protonů jako Ka2 atd., Mezi běžné polyprotické kyseliny patří kyselina sírová (H2SO4) a kyselina fosforečná (H3PO4).
při určování rovnovážných koncentrací pro různé ionty produkované polyprotickými kyselinami mohou být rovnice složité, aby odpovídaly různým složkám., Pro diprotic kyseliny například, můžeme vypočítat frakční disociace (alfa) druh HA– pomocí následujících složité rovnice:
Rovnice pro nalezení frakční disociace HA-: vyšší koncentrace mohou být použity v případě pH je známý, stejně jako dvě kyseliny disociační konstanty pro jednotlivé disociační krok; častokrát, výpočty lze zjednodušit pro polyprotic kyselin, nicméně.
problém můžeme zjednodušit v závislosti na kyselině polyprotické., Následující příklady ukazují matematiku a zjednodušení pro několik polyprotických kyselin za specifických podmínek.
Diprotic Kyseliny Se Silnou První Disociační Krok
Jak jsme si již vědomi, kyselina sírová první proton je silně kyselé a disociuje zcela v řešení:
H2SO4 → H+ + HSO4–
Nicméně, druhá disociační krok je pouze slabě kyselé:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{TAK}_4^{2-} Ka2 = 1.20×10-2 pKa2 = 1.,92
protože první disociace je tak silná, můžeme předpokládat, že v roztoku není měřitelný H2SO4 a jediné rovnovážné výpočty, které je třeba provést, se zabývají pouze druhým krokem disociace.
Určení Převládající Druhy Z pH a pKa
kyselina Fosforečná, H3PO4, má tři disociační takto:
\text{H}_3\text{PO}_4 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{H}_2\text{PO}_4^- pKa1 = 2.12
\text{H}_2\text{PO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HPO}_4^{2-} pKa2 = 7.,21.
\text{HPO}_4^{2-} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{PO}_4^{3-} pKa3 = 12.67
Při pH se rovná pKa pro konkrétní disociace, dvě formy vyčlenění druhy se vyskytují ve stejných koncentracích, vzhledem k následující matematické pozorování. Vezměte si například, druhá disociační krok kyselina fosforečná, která má pKa2 z 7.21:
\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7.21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21.
Tím, že majetek logaritmy, dostaneme následující:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
Tak, když pH = pKa2, máme poměru / = 1.00; v blízkosti neutrální řešení, H2PO4– a HPO42 – jsou přítomny ve stejných koncentracích. Velmi málo nedisociovaných H3PO4 nebo disociované PO43 – bude zjištěno, jak je stanoveno pomocí podobné rovnice s jejich vzhledem Ka.
jediný fosfát druhů, které musíme zvážit, v blízkosti pH = 7 jsou H2PO4– a HPO42-., Podobně u silně kyselých roztoků v blízkosti pH = 3 jsou jediným druhem, který musíme zvážit, H3PO4 a H2PO4–. Pokud jsou hodnoty pKa po sobě jdoucích disociací odděleny třemi nebo čtyřmi jednotkami (jak jsou téměř vždy), záležitosti jsou zjednodušeny. Musíme zvážit pouze rovnováhu mezi dvěma převládajícími druhy kyseliny / báze, jak je stanoveno pH roztoku.
kyselina Fosforečná: chemická struktura kyseliny fosforečné uvádí, že má tři kyselé protony.,
Diprotic Kyselin S Velmi Slabá Druhá Disociační Krok
Když slabý diprotic kyseliny jako kyselinu uhličitou, H2CO3, odloučí, většina protonů současné době pocházejí z první disociační krok:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
Od druhé disociační konstanta je menší o čtyři řády (pKa2 = 10.25 je větší o čtyři jednotky), příspěvek vodíkových iontů z druhé disociace bude pouze jednu tisícinu stejně velké., V důsledku toho má druhá disociace zanedbatelný vliv na celkovou koncentraci H+ v roztoku a může být ignorována.