Obliczanie stężeń równowagi kwasów Poliprotowych
kwasy Poliprotowe mają złożoną równowagę ze względu na obecność wielu gatunków w roztworze.
cele uczenia się
Rozwiązuj problemy równowagi za pomocą odpowiednich przybliżeń dla słabych i silnych kwasów poliprotowych.,
kluczowe punkty
kluczowe punkty
- kwasy Poliprotowe zawierają wiele kwaśnych protonów, które mogą sekwencyjnie dysocjować ze związku z unikalnymi stałymi dysocjacji kwasu dla każdego protonu.
- ze względu na różnorodność możliwych gatunków jonowych w roztworze dla każdego kwasu, dokładne obliczanie stężeń różnych gatunków w równowadze może być bardzo skomplikowane.
- niektóre uproszczenia mogą ułatwić obliczenia; uproszczenia te różnią się w zależności od specyficznych warunków kwasu i roztworu.,
kluczowe terminy
- gatunki jonowe: gatunki chemiczne z resztkowym ładunkiem; w równowadze kwasowo-zasadowej ładunek wynikający z utraty lub dodania elektronów ze związków chemicznych
- równowaga: stan reakcji, w której szybkości reakcji do przodu i do tyłu są takie same
- kwasy poliprotowe: kwas z wieloma kwaśnymi protonami
kwasy Poliprotowe mogą stracić więcej niż jeden ładunek.niż jeden proton. Dysocjacja pierwszego protonu może być oznaczona jako Ka1, a stałe kolejnych dysocjacji protonów jako Ka2 itd., Typowe kwasy poliprotowe obejmują kwas siarkowy (H2SO4) i kwas fosforowy (H3PO4).
przy wyznaczaniu stężeń równowagi dla różnych jonów wytwarzanych przez kwasy poliprotowe równania mogą być złożone, aby uwzględnić różne składniki., Na przykład dla kwasu diprotowego możemy obliczyć dysocjację ułamkową (Alfa) gatunku HA– za pomocą następującego złożonego równania:
równanie do znalezienia dysocjacji ułamkowej HA-: powyższe stężenie może być użyte, jeśli znane jest pH, a także dwie stałe dysocjacji kwasu dla każdego z nich.etap dysocjacji; często obliczenia można jednak uprościć dla kwasów poliprotowych.
możemy uprościć problem, w zależności od kwasu poliprotowego., Poniższe przykłady wskazują matematykę i uproszczenia dla kilku kwasów poliproteinowych w określonych warunkach.
kwasy Diprotowe z silnym pierwszym etapem dysocjacji
jak już wiemy, pierwszy proton kwasu siarkowego jest silnie kwaśny i całkowicie dysocjuje w roztworze:
H2SO4 → H+ + HSO4–
jednak drugi etap dysocjacji jest tylko słabo kwaśny:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{so}_4^{2-} KA2 = 1,20×10-2 pka2 = 1.,92
ponieważ pierwsza dysocjacja jest tak silna, możemy założyć, że w roztworze nie ma mierzalnego H2SO4, a jedyne obliczenia równowagi, które należy wykonać, dotyczą tylko drugiego etapu dysocjacji.
oznaczanie gatunków dominujących z pH i pKa
kwas fosforowy, H3PO4, ma trzy etapy dysocjacji:
\text{H}_3\text{PO}_4 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{H}_2\text{PO}_4^- pKa1 = 2.12
\text{H}_2\text{PO}_4^- \righteoftharpoons \text{H}^+ + \text{HPO}_4^{2-} pka2 = 7.,21
\text{HPO}_4^{2-} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{PO}_4^{3-} pKa3 = 12.67
przy pH równym pKa dla danej dysocjacji, dwie formy gatunków dysocjujących występują w równych stężeniach, dzięki następującym obserwacjom matematycznym. Weźmy na przykład drugi etap dysocjacji kwasu fosforowego, który ma pKa2 równy 7.21:
\text{PK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7.21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21
przez właściwość logarytmów otrzymujemy:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
tak więc, gdy pH = pKa2, mamy stosunek / = 1.00; w prawie neutralnym roztworze H2PO4-i HPO42– występują w równych stężeniach. Bardzo mało jest niezdysocjowanych H3PO4 lub dysocjowanych PO43 -, co jest określone przez podobne równania z ich podanymi Ka.
jedynymi gatunkami fosforanów, które musimy rozważyć w pobliżu pH = 7, są H2PO4– i HPO42-., Podobnie, w roztworach silnie kwaśnych w pobliżu pH = 3, jedynymi gatunkami, które musimy wziąć pod uwagę, są H3PO4 i H2PO4–. Tak długo, jak wartości PKA kolejnych dysocjacji są oddzielone przez trzy lub cztery jednostki (jak prawie zawsze są), sprawy są uproszczone. Musimy tylko wziąć pod uwagę równowagę między dwoma dominującymi gatunkami kwasu/zasady, określoną przez pH roztworu.
kwas fosforowy: struktura chemiczna kwasu fosforowego wskazuje, że ma trzy kwaśne protony.,
kwasy Diprotowe o bardzo słabym drugim etapie dysocjacji
gdy słaby kwas diprotowy, taki jak kwas węglowy, H2CO3, dysocjuje, większość obecnych protonów pochodzi z pierwszego etapu dysocjacji:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{h}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
ponieważ druga stała dysocjacji jest mniejsza o cztery rzędy wielkości (Pka2 = 10.25 jest większa o cztery jednostki), udział jonów wodorowych z drugiej dysocjacji będzie tylko jeden dziesięciotysięczny większy., W związku z tym druga dysocjacja ma znikomy wpływ na całkowite stężenie H+ w roztworze i może być ignorowana.