Beregningen af ligevægtskoncentrationer af Polyprotic Syrer
Polyprotic syrer har komplekse ravnoteže på grund af tilstedeværelsen af flere arter, er i opløsning.
læringsmål
Løs ligevægtsproblemer ved hjælp af passende tilnærmelser for svage og stærke polyprotiske syrer.,
centrale Takea .ays
nøglepunkter
- Polyprotiske syrer indeholder flere sure protoner, der sekventielt kan dissociere fra forbindelsen med unikke syredissociationskonstanter for hver proton.
- på grund af mangfoldigheden af mulige Ioniske arter i opløsning for hver syre kan nøjagtigt beregning af koncentrationerne af forskellige arter ved ligevægt være meget kompliceret.
- visse forenklinger kan gøre beregningerne lettere; disse forenklinger varierer med den specifikke syre og opløsningsbetingelserne.,
nøglebegreber
- ioniske arter: kemiske arter med en resterende afgift, og i syre-base ravnoteže, er den afgift som følge af tab af eller tilføjelse af elektroner fra kemiske forbindelser
- balance: den tilstand af en reaktion, hvor de satser, der af frem-og tilbage reaktioner er de samme
- polyprotic syrer: en syre med flere sure protoner
Polyprotic syrer kan tabe mere end en proton. Den første protons dissociation kan betegnes som Ka1 og konstanterne for successive protons dissociationer som Ka2 osv., Almindelige polyprotiske syrer omfatter svovlsyre (H2SO4) og fosforsyre (H3PO4).
Ved bestemmelse af ligevægtskoncentrationer for forskellige ioner produceret af polyprotiske syrer kan ligninger blive komplekse for at tage højde for de forskellige komponenter., For en diprotic syre for eksempel, kan vi beregne relativ dissociation (alpha) af de arter, HA– brug følgende kompleks ligning:
Ligning for at finde den fraktionerede dissociation af HA-: ovenstående koncentration kan bruges, hvis pH-værdien er kendt, samt de to syre dissociation konstanter for hver dissociation trin; oftentimes, beregninger kan være forenklet for polyprotic syrer, dog.
Vi kan forenkle problemet afhængigt af polyprotsyren., De følgende eksempler angiver matematik og forenklinger for nogle få polyprotiske syrer under særlige forhold.
Diprotic Syre Med en Stærk Første Dissociation Trin
Som vi allerede er klar over, svovlsyre første proton er stærkt sure og dissocierer fuldstændigt i opløsning:
H2SO4 → H+ + HSO4–
Men den anden dissociation trin er kun svagt sur:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{SÅ}_4^{2-} Ka2 = 1.20×10-2 pKa2 = 1.,92
fordi den første dissociation er så stærk, kan vi antage, at der ikke er nogen målbar H2SO4 i løsningen, og de eneste ligevægtsberegninger, der skal udføres, omhandler kun det andet dissociationstrin.
Bestemmelse af Dominerende Arter Fra pH og pKa
fosforsyre, H3PO4, har tre dissociation trin:
\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
På en pH-værdi svarende til pKa for en bestemt dissociation, to former af dissociating arter er til stede i lige store koncentrationer, på grund af følgende matematiske observation. Tag for eksempel den anden dissociation trin af fosforsyre, som har en pKa2 af 7.21:
\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7.21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21
Ved den ejendom af logaritmer, får vi følgende:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
så når pH = pKa2, vi har forholdet / = 1.00; i en nær-neutral løsning, H2PO4– og HPO42 – er til stede i lige store koncentrationer. Meget lidt udissocierede H3PO4 eller dissocierede PO43 – vil blive fundet, som er fastlagt gennem tilsvarende ligninger med deres betragtning af Ka ‘ er.
Den eneste fosfat arter, som vi er nødt til at overveje nær pH = 7 er H2PO4– og HPO42-., Tilsvarende i stærkt sure opløsninger nær pH = 3 er den eneste art, vi skal overveje, H3PO4 og h2po4 -. Så længe PKA-værdierne for successive dissociationer adskilles af tre eller fire enheder (som de næsten altid er), forenkles sagerne. Vi behøver kun at overveje ligevægten mellem de to dominerende syre/basisarter, som bestemt af opløsningens pH.
phosphorsyre: den kemiske struktur af phosphorsyre indikerer, at den har tre sure protoner.,
Diprotic Aminosyrer, Med en Meget Svag Anden Dissociation Trin
Når en svag diprotic syre såsom kulsyre, H2CO3, dissocierer, de fleste af protoner til stede kommer fra den første dissociation trin:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
Siden anden dissociationskonstant er mindre af fire størrelsesordener (pKa2 = 10.25 er større med fire enheder), bidrag af hydrogen-ioner fra den anden dissociation vil kun være en ti-tusindedel så stor., Følgelig har den anden dissociation en ubetydelig virkning på den samlede koncentration af H+ i opløsning og kan ignoreres.