Konstant ioniseringsligning af Henderson Hasselbalch og øvelser

den ioniseringskonstant (eller dissociation) er en egenskab, der afspejler stoffets tendens til at frigive hydrogenioner; det vil sige, det er direkte relateret til styrken af ​​en syre. Jo større værdien af ​​dissociationskonstanten (Ka) er, jo større er frigivelsen af ​​hydrogenbindinger af syren.

Når det kommer til vand, er dets ionisering f.eks. Kendt som "autoprotolisis" eller "autoionization". Her giver et vandmolekyle en H⁺ til en anden, der producerer H ionerne₃O⁺ og OH^-, som du kan se i billedet nedenfor.

Dissociationen af ​​en syre fra en vandig opløsning kan skematiseres på følgende måde:

HA + H₂O    <=>  H₃O⁺     +       En^-

Hvor HA repræsenterer syren, der er ioniseret, H₃O⁺ til hydroniumionet og A^- dens konjugerede base. Hvis Ka er høj, vil en større del af HA dissocieres, og der vil derfor være en større koncentration af hydronionionen. Denne stigning i surhed kan bestemmes ved at observere en ændring i opløsningens pH, hvis værdi er under 7..

indeks

• 1 ioniseringsbalance
  • 1,1 ka
• 2 Henderson-Hasselbalch ligning
  • 2.1 Brug
• 3 ionisering konstante øvelser
  • 3.1 Øvelse 1
  • 3.2 Øvelse 2
  • 3.3 Øvelse 3
• 4 referencer

Ioniseringsbalance

De dobbelte pile i den øvre kemiske ligning indikerer, at der etableres en balance mellem reaktanter og produkt. Da al ligevægt har en konstant, sker det samme med ioniseringen af ​​en syre og udtrykkes som følger:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Termodynamisk defineres den konstante Ka i form af aktiviteter, ikke koncentrationer. I fortyndede vandige opløsninger er aktiviteten af ​​vand imidlertid ca. 1, og hydroniumionens, konjugatbase og den uassocierede syre er tæt på deres molære koncentrationer.

Af disse grunde blev brugen af ​​dissociationskonstanten (ka), der ikke indbefatter vandkoncentration, indført. Dette tillader, at dissociationen af ​​svag syre kan skematiseres på en enklere måde, og dissociationskonstanten (Ka) udtrykkes på samme måde.

Det har  <=> H⁺     +      En^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka

Dissociationskonstanten (Ka) er en form for ekspression af en ligevægtskonstant.

Koncentrationerne af den ikke-dissocierede syre, den konjugerede base og hydronium- eller hydrogenionen forbliver konstante, når ligevægtsbetingelsen er nået. På den anden side er koncentrationen af ​​den konjugerede base og hydroniumionen nøjagtig den samme.

Deres værdier er givet i magter på 10 med negative eksponenter, så en mere enkel og håndterbar form for Ka-udtryk blev introduceret, som de kaldte pKa.

pKa = - log Ka

PKa betegnes almindeligvis som syredissociationskonstanten. Værdien af ​​pKa er en klar indikation af styrken af ​​en syre.

Disse syrer, som har en pKa-værdi, der er lavere eller mere negativ end -1,74 (pKa af hydroniumionen) betragtes som stærke syrer. Mens syrer, som har en pKa større end -1,74, betragtes som ikke-stærke syrer.

Henderson-Hasselbalch ligning

Fra udtrykket af Ka er en ligning afledt, der er af stor nytte i analytiske beregninger.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Tager logaritmer,

log Ka = log H⁺  +   log A^-   -   log HA

Og rydde log H⁺:

-log H = - log Ka + log A^-   -   log HA

Brug derefter definitionerne af pH og pKa og omgruppering af termer:

pH = pKa + log (A^- / HA)

Dette er den berømte Henderson-Hasselbalch ligning.

brug

Henderson-Hasselbach-ligningen bruges til at estimere pH-værdien af ​​bufferopløsninger, såvel som hvordan de påvirker de relative koncentrationer af konjugatbasis og syren i pH.

Når koncentrationen af ​​den konjugerede base er lig med koncentrationen af ​​syren, er forholdet mellem koncentrationerne af begge udtryk lig med 1; og derfor er dens logaritme lig med 0.

Som følge heraf er pH = pKa, idet dette er meget vigtigt, da bufferen er maksimal i denne situation.

Det er sædvanligt at tage pH-zonen, hvor den maksimale bufferkapacitet eksisterer, det hvor pH = pka ± 1 pH-enhed.

Ionisering konstant øvelser

Øvelse 1

Den fortyndede opløsning af en svag syre har følgende koncentrationer ved ligevægt: uforskudt syre = 0,065 M og konjugatbase-koncentration = 9 · 10^-4 M. Beregn Ka og pKa af syre.

Koncentrationen af ​​hydrogenionen eller hydroniumionen er lig med koncentrationen af ​​konjugatbasis, da de kommer fra ioniseringen af ​​den samme syre.

Erstatter i ligningen:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Erstatter i ligningen for deres respektive værdier:

Ka = (9 · 10^-4 M) (9 · 10^-4 M) / 65 · 10^-3 M

= 1.246 · 10^-5

Og derefter beregne dens pKa

pKa = - log Ka

= - log 1.246 · 10^-5

= 4,904

Øvelse 2

En svag syre med en koncentration på 0,03 M har en dissociationskonstant (Ka) = 1,5 · 10^-4. Beregn: a) pH af den vandige opløsning; b) graden af ​​ionisering af syren.

Ved ligevægt er koncentrationen af ​​syren lig med (0,03 M - x), hvor x er mængden af ​​syren, der dissocierer. Derfor er koncentrationen af ​​hydrogen eller hydroniumion x, ligesom koncentrationen af ​​konjugeret base.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M - x. Den lille værdi af Ka indikerer, at syren sandsynligvis dissocieres meget lidt, således at (0,03 M - x) er omtrent lig med 0,03 M.

Erstatter i Ka:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

Og som x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

= - log [2.12 x 10^-4]

pH = 3,67

Og endelig om graden af ​​ionisering: den kan beregnes ved hjælp af følgende udtryk:

[H⁺] eller [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Øvelse 3

Jeg beregner Ka fra procentdelen af ​​ioniseringen af ​​en syre ved at vide, at den ioniseres med 4,8% fra en initial koncentration på 1,5 · 10^-3 M.

For at beregne mængden bestemmes den syre, der er ioniseret, til 4,8%.

Ioniseret mængde = 1,5 · 10^-3 M (4,8 / 100)

= 7,2 x 10^-5 M

Denne mængde af den ioniserede syre er lig med koncentrationen af ​​den konjugerede base og til koncentrationen af ​​hydroniumionen eller hydrogenionen i ligevægten.

Koncentrationen af ​​syren i ligevægten = indledende koncentration af syren - mængden af ​​den ioniserede syre.

[HA] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1.428 x 10^-3 M

Og derefter løse de samme ligninger

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka = (7,2 · 10^-5 M x 7,2 · 10^-5 M) / 1,428 · 10^-3 M

= 3,63 x 10^-6

pKa = - log Ka

= - log 3.63 x 10^-6

= 5,44

referencer

1. Kemi LibreTexts. (N.D.). Dissociationskonstant. Hentet fra: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Dissociationskonstant. Hentet fra: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W., Davis, R. E., Peck, L. P. og Stanley, G. G. Chemistry. (2008) ottende udgave. Cengage Learning.
4. Segel I. H. (1975). Biokemiske beregninger. 2nd. Edition. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Sådan beregnes den sure ioniseringskonstant. Undersøgelse. Hentet fra: study.com.