Det ioniseringskonstant, dissociationskonstant eller surhedskonstant, er en egenskab, der afspejler et stofs tendens til at frigive hydrogenioner; det vil sige, det er direkte relateret til styrken af en syre. Jo højere værdien af dissociationskonstanten (Ka), jo større frigørelse af hydrogenioner fra syren..
Når det kommer til vand, er dets ionisering f.eks. Kendt som 'autoprotolyse' eller 'autoionisering'. Her giver et vandmolekyle en H+ til en anden, der producerer H-ioner3ELLER+ og OH-, som det ses på billedet nedenfor.
Dissociationen af en syre fra en vandig opløsning kan skitseres som følger:
HA + HtoELLER <=> H3ELLER+ + TIL-
Hvor HA repræsenterer den syre, der ioniserer, H3ELLER+ til hydroniumionen og A- dens konjugerede base. Hvis Ka er høj, vil mere af HA dissocieres, og der vil derfor være en højere koncentration af hydroniumionen. Denne stigning i surhed kan bestemmes ved at observere en ændring i opløsningens pH, hvis værdi er under 7.
Artikelindeks
De dobbelte pile i den øvre kemiske ligning indikerer, at der etableres en balance mellem reaktanter og produkt. Da enhver ligevægt har en konstant, sker det samme med ioniseringen af en syre og udtrykkes som følger:
K = [H3ELLER+][TIL-] / [HA] [HtoELLER]
Termodynamisk defineres den konstante Ka i form af aktiviteter, ikke koncentrationer. I fortyndede vandige opløsninger er vandets aktivitet imidlertid omkring 1, og aktiviteterne af hydroniumionen, den konjugerede base og den ikke-dissocierede syre er tæt på deres molære koncentrationer..
Af disse grunde blev brugen af dissociationskonstanten (ka) indført, som ikke inkluderer vandkoncentrationen. Dette gør det muligt at skematisere den svage syredissociation på en enklere måde, og dissociationskonstanten (Ka) udtrykkes i samme form..
HA <=> H+ + TIL-
Ka = [H+][TIL-] / [HA]
Dissociationskonstanten (Ka) er en form for udtryk for en ligevægtskonstant.
Koncentrationerne af den ikke-dissocierede syre, konjugatbasen og hydronium- eller hydrogenionen forbliver konstante, når ligevægtstilstanden er nået. På den anden side er koncentrationen af konjugatbasen og hydroniumionen nøjagtig den samme.
Dens værdier er givet i kræfter på 10 med negative eksponenter, så en enklere og mere håndterbar form for udtryk for Ka blev introduceret, som de kaldte pKa.
pKa = - log Ka
PKa kaldes ofte syredissociationskonstanten. PKa-værdien er en klar indikation af syrenes styrke.
De syrer, der har en pKa-værdi, der er mindre eller mere negative end -1,74 (pKa af hydroniumionen) betragtes som stærke syrer. Mens syrer, der har en pKa større end -1,74, betragtes de som ikke-stærke syrer..
En ligning, der er yderst nyttig i analytiske beregninger, udledes af udtrykket for Ka..
Ka = [H+][TIL-] / [HA]
At tage logaritmer,
log Ka = log H+ + log A- - log HA
Og løsning på log H+:
-log H = - log Ka + log A.- - log HA
Brug derefter definitionerne af pH og pKa og omgrupperingsudtryk:
pH = pKa + log (A- / HA)
Dette er den berømte Henderson-Hasselbalch-ligning.
Henderson-Hasselbach ligningen bruges til at estimere buffernes pH samt hvordan de relative koncentrationer af konjugatbase og syre påvirker pH..
Når koncentrationen af konjugatbasen er lig med syrekoncentrationen, er forholdet mellem koncentrationerne af begge termer lig med 1; og derfor er logaritmen lig med 0.
Som en konsekvens er pH = pKa, hvilket er meget vigtigt, da buffereffektiviteten i denne situation er maksimal..
Den pH-zone, hvor der er den maksimale bufferkapacitet, tages normalt, den, hvor pH = pka ± 1 pH-enhed.
Den fortyndede opløsning af en svag syre har følgende koncentrationer i ligevægt: ikke-dissocieret syre = 0,065 M og koncentration af konjugatbasen = 9-10-4 M. Beregn syren Ka og pKa.
Koncentrationen af hydrogenionen eller hydroniumionen er lig med koncentrationen af konjugatbasen, da de kommer fra ioniseringen af den samme syre.
Erstatning i ligningen:
Ka = [H+][TIL-] / HA
Udskiftning i ligningen for deres respektive værdier:
Ka = (910-4 M) (910-4 M) / 6510-3 M
= 1.246 10-5
Og derefter beregne dens pKa
pKa = - log Ka
= - log 1.246 10-5
= 4,904
En svag syre med en koncentration på 0,03 M har en dissociationskonstant (Ka) = 1,5 · 10-4. Beregn: a) den vandige opløsnings pH; b) ionisationsgraden af syren.
Ved ligevægt er syrekoncentrationen lig med (0,03 M - x), hvor x er den mængde syre, der dissocieres. Derfor er koncentrationen af hydrogen eller hydroniumion x, ligesom koncentrationen af konjugatbasen.
Ka = [H+][TIL-] / [HA] = 1,5 · 10-6
[H+] = [A-] = x
Y [HA] = 0,03 M-x. Den lille værdi af Ka indikerer, at syren sandsynligvis dissocierede meget lidt, så (0,03 M - x) er omtrent lig med 0,03 M.
Udskiftning i Ka:
1,5 10-6 = xto / 3 10-to
xto = 4,5 10-8 Mto
x = 2,12 x 10-4 M
Og da x = [H+]
pH = - log [H+]
= - log [2.12 x 10-4]
pH = 3,67
Og endelig, hvad angår graden af ionisering: det kan beregnes ved hjælp af følgende udtryk:
[H+] eller [A-] / HA] x 100%
(2.12 10-4 / 3 10-to) x 100%
0,71%
Jeg beregner Ka ud fra en syres ioniseringsprocent, idet jeg ved, at den ioniserer med 4,8% fra en indledende koncentration på 1,5 · 10-3 M.
For at beregne mængden af syre, der er ioniseret, bestemmes dens 4,8%.
Ioniseret mængde = 1,5 · 10-3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10-5 M
Denne mængde ioniseret syre er lig med koncentrationen af konjugatbasen og koncentrationen af hydronium eller hydrogenion ved ligevægt..
Syrekoncentrationen ved ligevægt = initial syrekoncentration - 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 med de samme ligninger
Ka = [H+][TIL-] / [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
Endnu ingen kommentarer