beräkning av jämviktskoncentrationer av Polyprotiska syror
Polyprotiska syror har komplex jämvikt på grund av närvaron av flera arter i lösning.
inlärningsmål
Lös jämviktsproblem med hjälp av lämpliga approximationer för svaga och starka polyprotiska syror.,
viktiga Takeaways
viktiga punkter
- Polyprotiska syror innehåller flera sura protoner som sekventiellt kan dissociera från föreningen med unika syra dissociationskonstanter för varje proton.
- på grund av olika möjliga Joniska arter i lösning för varje syra kan exakt beräkning av koncentrationerna av olika arter vid jämvikt vara mycket komplicerad.
- vissa förenklingar kan göra beräkningarna enklare; dessa förenklingar varierar med den specifika syran och lösningsförhållandena.,
nyckeltermer
- Joniska arter: kemiska arter med en restladdning; i syra-bas-jämvikt, laddningen till följd av förlust eller tillsats av elektroner från kemiska föreningar
- jämvikt: tillståndet för en reaktion där reaktionshastigheterna för de främre och omvända reaktionerna är desamma
- polyprotiska syror: en syra med flera sura protoner
Polyprotiska syror kan förlora mer än en proton. Den första protons dissociation kan betecknas som Ka1 och konstanterna för successiva protons dissociationer som Ka2 etc., Vanliga polyprotiska syror innefattar svavelsyra (H2SO4) och fosforsyra (H3PO4).
vid bestämning av jämviktskoncentrationer för olika joner som produceras av polyprotiska syror kan ekvationer bli komplexa för att ta hänsyn till de olika komponenterna., För en diprotinsyra kan vi till exempel beräkna fraktionerad dissociation (alfa) av arten HA– med hjälp av följande komplexa ekvation:
ekvation för att hitta fraktionerad dissociation av HA-: ovanstående koncentration kan användas om pH är känt, liksom de två syra dissociationskonstanterna för varje dissociationssteg; ofta kan beräkningar användas för dissociation.förenklas dock för polyprotiska syror.
Vi kan förenkla problemet, beroende på polyprotinsyran., Följande exempel indikerar matematik och förenklingar för några polyprotiska syror under specifika förhållanden.
Diprotinsyror med ett starkt första Dissociationssteg
som vi redan vet är svavelsyrans första proton starkt surt och dissocierar helt i lösning:
H2SO4 → h+ + HSO4–
det andra dissociationssteget är dock endast svagt surt:
\text{HSO}_4^- \rightleftharpoons \text{h}^+ + \text{so}_4^{2-} KA2 = 1.20×10-2 pka2 = 1.,92
eftersom den första dissociationen är så stark kan vi anta att det inte finns någon mätbar H2SO4 i lösningen, och de enda jämviktsberäkningarna som behöver utföras handlar endast om det andra dissociationssteget.
bestämma dominerande arter från pH och PKA
fosforsyra, H3PO4, har tre dissociationssteg:
\text{h}_3\text{PO}_4 \rightleftharpoons \text{h}^+ + \text{h}_2\text{PO}_4^- pKa1 = 2,12
\text{h}_2\text{PO}_4^- \text{PO} _4^ – \text{PO}_4 \text{PO} _2 \ text {högermatskedar \ text {H}^+ + \ text {HPO} _4 ^ {2 -} pka2 = 7.,21
\text{HPO}_4^{2-} \rightleftharpoons \text{h}^+ + \ text{PO}_4^{3 -} pKa3 = 12.67
vid ett pH som är lika med pKa för en viss dissociation är de två formerna av de dissocierande arterna närvarande i lika koncentrationer, på grund av följande matematiska observation. Ta till exempel det andra dissociationssteget av fosforsyra, 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
av egenskapen hos logaritmer får vi följande:
\text{pH}-\text{pk}_{\text{a}2}=-\text{log}\left(\frac{}{}\right)=0
\frac{}{}=1
När pH = pKa2 har vi förhållandet / = 1.00; i en nära neutral lösning, H2PO4-och hpo42– är närvarande i lika koncentrationer. Mycket lite odissocierad H3PO4 eller dissocierad PO43-kommer att hittas, vilket bestäms genom liknande ekvationer med deras givna Ka ’ s.
den enda fosfatart som vi behöver överväga nära pH = 7 är H2PO4 – och HPO42-., På samma sätt, i starkt sura lösningar nära pH = 3, är den enda arten vi behöver överväga H3PO4 och H2PO4–. Så länge PKA-värdena för successiva dissociationer separeras med tre eller fyra enheter (som de nästan alltid är), förenklas saker. Vi behöver bara överväga jämvikten mellan de två dominerande syra / basarterna, som bestäms av lösningens pH.
fosforsyra: fosforsyrans kemiska struktur indikerar att den har tre sura protoner.,
Diprotinsyror med ett mycket svagt andra Dissociationssteg
När en svag diprotinsyra, såsom kolsyra, H2CO3, dissocierar, kommer de flesta protoner närvarande från det första dissociationssteget:
\text{h}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{h}^+ + \text{HCO}_3^- pKa1 = 6.37
eftersom den andra dissociationskonstanten är mindre med fyra storleksordningar (Pka2 = 10,25 är större med fyra enheter) kommer bidraget från vätejoner från den andra dissociationen bara att vara en tio tusendel så stor., Följaktligen har den andra dissociationen en försumbar effekt på den totala koncentrationen av H+ I lösning och kan ignoreras.