Calcul de Echilibru a Concentrațiilor de Acizi Polyprotic
Polyprotic acizi au complexe echilibre datorită prezenței mai multor specii în soluție.
obiective de învățare
rezolvați problemele de echilibru folosind aproximările adecvate pentru acizii poliprotici slabi și puternici.,
Takeaways cheie
puncte cheie
- acizii Poliprotici conțin mai mulți protoni acizi care pot disocia secvențial din compus cu constante unice de disociere acidă pentru fiecare proton.
- datorită varietății de specii ionice posibile în soluție pentru fiecare acid, calcularea exactă a concentrațiilor diferitelor specii la echilibru poate fi foarte complicată.
- anumite simplificări pot face calculele mai ușoare; aceste simplificări variază în funcție de acidul specific și de condițiile de soluție.,
Termeni-Cheie
- ionic specii: specii chimice cu o încărcătură reziduală; în acid-bază de echilibre, taxa rezultat din pierderea sau adăugarea de electroni din compuși chimici
- echilibru: starea de o reacție în care ratele de înainte și înapoi reacțiile sunt aceleași
- polyprotic acizi: un acid cu multiple acide protoni
Polyprotic acizi pot pierde mai mult decât un proton. Disocierea primului proton poate fi notată ca Ka1, iar constantele pentru disocierile succesive ale protonilor ca Ka2 etc., Acizii poliprotici obișnuiți includ acidul sulfuric (H2SO4) și acidul fosforic (H3PO4).la determinarea concentrațiilor de echilibru pentru diferiți ioni produși de acizi poliprotici, ecuațiile pot deveni complexe pentru a ține cont de diferitele componente., Pentru un acid diprotic de exemplu, putem calcula fracționată disociere (alfa) de specii HA– folosind următoarea ecuație complexă:
Ecuație pentru a găsi fracționată disociere de HA-HA: concentrație De mai sus pot fi utilizate dacă pH-ul este cunoscut, precum și cele două acid constantele de disociere pentru fiecare disociere pas; de multe ori, calculele pot fi simplificate pentru polyprotic acizi, cu toate acestea.
putem simplifica problema, în funcție de acidul poliprotic., Următoarele exemple indică matematica și simplificările pentru câțiva acizi poliprotici în condiții specifice.
Diprotic Acizi Cu un Puternic Prima Disociere Pas
Ca suntem deja conștienți, acid sulfuric primul proton este puternic acid și disociază complet în soluție:
H2SO4 → H+ + HSO4–
cu toate Acestea, cea de-a doua disociere pas este doar slab acid:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{DECI}_4^{2-} Ac2 = 1.20×10-2 pKa2 = 1.,Deoarece prima disociere este atât de puternică, putem presupune că nu există H2SO4 măsurabil în soluție, iar singurele calcule de echilibru care trebuie efectuate se ocupă doar de a doua etapă de disociere.
Determinarea Predominant de Specii De pH și pKa
acid Fosforic, H3PO4, are trei disociere pași:
\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
La un pH egal cu pKa pentru o anumită disociere, cele două forme de disociere specii sunt prezente în concentrații egale, datorită următoarelor matematice de observare. Ia, de exemplu, cea de-a doua disociere pas de acid fosforic, care are o pKa2 de 7,21:
\text{pK}_{\text{o}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=7.21
\text{pH}=-\text{log}=7.,21
De proprietăți ale logaritmilor, vom obține următoarele:
\text{pH}-\text{pK}_{\text{o}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
Astfel, când pH-ul = pKa2, avem raportul / = 1.00; într-un aproape-soluție neutră, H2PO4– și HPO42 – sunt prezente în concentrații egale. Foarte puțin undissociated H3PO4 sau disociat PO43 – va fi găsit, așa cum este determinat prin ecuații similare cu dat Ka e.
numai fosfat de specii care trebuie să ia în considerare în apropierea pH = 7 sunt H2PO4– și HPO42-., În mod similar, în soluții puternic acide aproape de pH = 3, singurele specii pe care trebuie să le luăm în considerare sunt H3PO4 și H2PO4–. Atâta timp cât valorile pKa ale disocierilor succesive sunt separate de trei sau patru unități (așa cum sunt aproape întotdeauna), problemele sunt simplificate. Trebuie să luăm în considerare doar echilibrul dintre cele două specii predominante de acid/bază, determinat de pH-ul soluției.
acid Fosforic: structura chimică a acidului fosforic indică faptul că are trei acide protoni.,
Diprotic Acizi Cu un Foarte Slab a Doua Disociere Pas
atunci Când un slab acid diprotic, cum ar fi acidul carbonic, H2CO3, disociază, cele mai multe dintre protoni prezent la primul disociere pas:
\text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
Începând cu a doua constanta de disociere este mai mică de patru ordine de mărime (pKa2 = 10.25 este mai mare de patru unități), aportul de ioni de hidrogen de la cea de-a doua de disociere va fi doar o zece miime fel de mare., În consecință, a doua disociere are un efect neglijabil asupra concentrației totale de H+ în soluție și poate fi ignorată.