Beregning av Likevekt Konsentrasjoner av Polyprotic Syrer
Polyprotic syrer har komplekse likevekter på grunn av tilstedeværelsen av flere arter i løsningen.
Mål
Løse likevekt problemer med å bruke riktig tilnærming for svake og sterke polyprotic syrer.,
– Tasten Takeaways
– Tasten Poeng
- Polyprotic syrer inneholder flere sure protoner som kan sekvensielt ta avstand fra det sammensatte med unike syre dissosiasjon konstanter for hvert proton.
- på Grunn av mangfoldet av mulige ioniske arter i løsningen for hver syre, nettopp for å beregne konsentrasjoner av ulike arter i likevekt kan være svært komplisert.
- Visse forenklinger kan gjøre beregningene enklere, disse forenklinger variere med spesifikke syre og løsningen forhold.,
– Tasten Vilkår
- ioniske arter: kjemisk arter med en gjenværende kostnad; i syre-base likevekter, den kostnad som følge av tap av eller tillegg av elektroner fra kjemiske forbindelser
- likevekt: tilstanden til en reaksjon som priser fremover og bakover reaksjoner er de samme
- polyprotic syrer: en syre med flere sure protoner
Polyprotic syrer kan tape mer enn ett proton. Den første proton er dissosiasjon kan være merket som Ka1 og konstanter for påfølgende protoner’ dissociations som Ka2, etc., Felles polyprotic syrer inkluderer svovelsyre (H2SO4), og fosforsyre (H3PO4).
Når du vurderer likevekt konsentrasjoner for ulike ioner produsert av polyprotic syrer, ligninger kan bli komplisert å redegjøre for de ulike komponentene., For en diprotic syre for eksempel, kan vi beregne brøk dissosiasjon (alpha) av artene HA– med følgende kompleks ligning:
Likningen for å finne brøk dissosiasjon av HA-over konsentrasjon kan brukes hvis pH er kjent, samt to syre dissosiasjon konstanter for hver dissosiasjon trinn; ofte, beregningene kan være forenklet for polyprotic syrer, imidlertid.
Vi kan forenkle problemet, avhengig av polyprotic syre., Følgende eksempler viser matematikk og forenklinger for et par polyprotic syrer under spesifikke forhold.
Diprotic Syrer Med en Sterk Første Dissosiasjon Trinn
Som vi er allerede klar, svovelsyre første proton er sterkt sure og distanserer seg helt i løsning:
H2SO4 → H+ + HSO4–
Imidlertid, den andre dissosiasjon trinnet er bare svakt sure:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{SLIK}_4^{2-} Ka2 = 1.20×10-2 pKa2 = 1.,92
Fordi den første dissosiasjon er så sterk, kan vi anta at det er ingen målbare H2SO4 i løsningen, og den eneste likevekt beregninger som må utføres tilbyr med den andre dissosiasjon steg.
å Bestemme Dominerende Arter Fra pH og pKa
Phosphoric acid, H3PO4, har tre dissosiasjon fremgangsmåte:
\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 lik pKa for en bestemt dissosiasjon, to former for dissociating arter er til stede i like konsentrasjoner, på grunn av følgende matematiske observasjon. Ta for eksempel de andre dissosiasjon trinn av fosforsyre, som har en pKa2 av 7.21:
\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7.21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21
Ved å holderen for logaritmer, får vi følgende:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
Derfor, når pH = pKa2, vi har forholdet / = 1.00, i nærheten-nøytral løsning, H2PO4– og HPO42 – er til stede i like konsentrasjoner. Svært lite undissociated H3PO4 eller dissosiert PO43 – vil bli funnet, som er bestemt gjennom tilsvarende ligninger med sine gitt Ka s.
Den eneste fosfat arter som vi må vurdere i nærheten pH = 7 er H2PO4– og HPO42-., På samme måte, i sterkt sure løsninger nærheten pH = 3, den eneste arten vi må vurdere er H3PO4 og H2PO4–. Så lenge pKa-verdier av påfølgende dissociations er atskilt med tre eller fire enheter (som de nesten alltid er), saker som er forenklet. Vi må bare vurdere likevekt mellom de to dominerende syre/base-arter, som bestemt av pH i løsningen.
Fosforsyre: kjemisk struktur av fosforsyre indikerer at det har tre sure protoner.,
Diprotic Syrer Med en Veldig Svak Andre Dissosiasjon Trinn
Når en svak diprotic syre som kullsyre, H2CO3, distanserer de fleste av protoner til stede komme fra den første dissosiasjon trinn:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
Siden andre dissosiasjon konstant er mindre ved fire størrelsesordener (pKa2 = 10.25 er større av fire enheter), bidrag av hydrogen ioner fra andre dissosiasjon vil bare være én av ti tusen som store., Følgelig, den andre dissosiasjon har en ubetydelig effekt på den totale konsentrasjonen av H+ i løsningen, og kan ignoreres.