het berekenen van evenwichtsconcentraties van Polyprotische zuren
Polyprotische zuren hebben complexe evenwichten als gevolg van de aanwezigheid van meerdere soorten in oplossing.
leerdoelstellingen
Los evenwichtsproblemen op met behulp van de geschikte benaderingen voor zwakke en sterke polyprotische zuren.,
Key Takeaways
Key Points
- Polyprotische zuren bevatten meerdere zure protonen die sequentieel van de verbinding kunnen scheiden met unieke zuurdissociatieconstanten voor elk proton.
- vanwege de verscheidenheid van mogelijke Ionische soorten in oplossing voor elk zuur, kan het nauwkeurig berekenen van de concentraties van verschillende soorten bij evenwicht zeer ingewikkeld zijn.
- bepaalde vereenvoudigingen kunnen de berekeningen vergemakkelijken; deze vereenvoudigingen variëren met de specifieke zuur-en oplossingsomstandigheden.,
– Toets in Termen
- ionische soorten: chemische soorten met een resterende lading; zuur-base-evenwichten, de kosten voortvloeiend uit het verlies of de toevoeging van elektronen van chemische stoffen
- evenwicht: de toestand van een reactie waarbij de tarieven van de forward-en reverse reacties zijn hetzelfde
- polyprotic zuren: een zuur met meerdere zure protonen
Polyprotic zuren kunt meer verliezen dan een proton. De dissociatie van het eerste proton kan worden aangeduid als Ka1 en de constanten voor de dissociaties van opeenvolgende protonen als Ka2, enz., De gemeenschappelijke polyprotic zuren omvatten zwavelzuur (H2SO4), en fosforzuur (H3PO4).
bij het bepalen van evenwichtsconcentraties voor verschillende ionen die door polyprotische zuren worden geproduceerd, kunnen vergelijkingen complex worden om rekening te houden met de verschillende componenten., Voor een diprotinezuur kunnen we bijvoorbeeld de fractionele dissociatie (alfa) van de soort HA– berekenen met behulp van de volgende complexe vergelijking:
vergelijking voor het vinden van de fractionele dissociatie van HA-: de bovenstaande concentratie kan worden gebruikt als pH bekend is, evenals de twee zuur dissociatieconstanten voor elke dissociatiestap; vaak kunnen berekeningen voor polyprotische zuren echter worden vereenvoudigd.
We kunnen het probleem vereenvoudigen, afhankelijk van het polyprotinezuur., De volgende voorbeelden geven de wiskunde en vereenvoudigingen aan voor enkele polyprotische zuren onder specifieke omstandigheden.
Diprotische zuren met een sterke eerste Dissociatiestap
zoals we al weten, is het eerste proton van zwavelzuur sterk zuur en dissocieert volledig in oplossing:
H2SO4 → h+ + HSO4–
De tweede dissociatiestap is echter slechts zwak zuur:
\text{HSO}_4^- \rightleftharponen \text{H}^+ + \text{so}_4^{2-} Ka2 = 1,20×10-2 Pka2 = 1.,92
omdat de eerste dissociatie zo sterk is, kunnen we aannemen dat er geen meetbare H2SO4 in de oplossing zit, en de enige evenwichtsberekeningen die uitgevoerd moeten worden hebben alleen betrekking op de tweede dissociatiestap.
het bepalen van overheersende soorten uit pH en PKA
fosforzuur, H3PO4, heeft drie dissociatiestappen:
\text{H}_3\text{PO}_4 \rightleftharponen \text{H}^+ + \text{h}_2\text{PO}_4^- pKa1 = 2,12
\text{H}_2\text{PO}_4^- \rechterlijnen \text{h}^+ + \text{HPO}_4^{2-} PKA2 = 7.,21
\ text{HPO}_4^{2 -} \rightleftharponen \text{H}^+ + \text{PO}_4^{3 -} pKa3 = 12,67
bij een pH gelijk aan de pKa voor een bepaalde dissociatie, zijn de twee vormen van de dissocierende soorten aanwezig in gelijke concentraties, als gevolg van de volgende wiskundige waarneming. Neem bijvoorbeeld de tweede dissociatiestap van fosforzuur, die een pKa2 van 7,21 heeft:
\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7,21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21
door de eigenschap van logaritmen krijgen we het volgende:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
dus, als pH = pKa2, hebben we de verhouding / = 1,00; in een bijna-neutrale oplossing, H2Po4– en hpo42 – aanwezig zijn in gelijke concentraties. Zeer weinig niet – verbonden H3PO4 of gedissocieerde PO43– zal worden gevonden, zoals wordt bepaald door vergelijkbare vergelijkingen met hun gegeven Ka ‘ s.
de enige fosfaatsoorten die we moeten overwegen in de buurt van pH = 7 zijn H2PO4-en HPO42 -., Evenzo, in sterk zure oplossingen in de buurt van pH = 3, de enige soorten die we moeten overwegen zijn H3PO4 en H2PO4–. Zolang de pKa-waarden van opeenvolgende dissociaties worden gescheiden door drie of vier eenheden (zoals ze bijna altijd zijn), worden de zaken vereenvoudigd. We hoeven alleen maar rekening te houden met het evenwicht tussen de twee overheersende zuur/base-soorten, zoals bepaald door de pH van de oplossing.
fosforzuur: de chemische structuur van fosforzuur geeft aan dat het drie zure protonen heeft.,
Diprotic Zuren Met een Zeer Zwakke Tweede Dissociatie Stap
Wanneer een zwakke diprotic zuur zoals koolzuur, H2CO3, distantieert, de meeste van de protonen aanwezig zijn komen van de eerste dissociatie stap:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
Sinds de tweede dissociatieconstante is kleiner door vier orden van grootte (pKa2 = 10.25 groter door vier eenheden), de bijdrage van waterstof ionen uit de tweede dissociatie zal slechts een tien-duizendste zo groot., Bijgevolg heeft de tweede dissociatie een verwaarloosbaar effect op de totale concentratie van h+ in oplossing en kan deze worden genegeerd.