Konstant ioniseringsligning av Henderson Hasselbalch og øvelser

den ioniseringskonstant (eller dissosiasjon) er en egenskap som reflekterer tendensen til et stoff for å frigjøre hydrogenioner; det vil si at det er direkte relatert til styrken av en syre. Jo større verdien av dissosiasjonskonstanten (Ka), jo større er frigivelsen av hydrogenbindinger av syren.

Når det gjelder vann, for eksempel, er ioniseringen kjent som "autoprotolisis" eller "autoionization". Her gir et vannmolekyl en H⁺ til en annen, som produserer H-ionene₃O⁺ og OH^-, som du kan se i bildet nedenfor.

Dissociasjonen av en syre fra en vandig løsning kan skjematiseres på følgende måte:

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

Hvor HA representerer syren som er ionisert, H₃O⁺ til hydroniumionet og A^- dens konjugatbase. Hvis Ka er høy, vil en større del av HA dissociere og det vil følgelig være en større konsentrasjon av hydronionionen. Denne økningen i surhet kan bestemmes ved å observere en endring i pH i løsningen, hvis verdi er under 7..

index

• 1 ioniseringsbalanse
  • 1,1 ka
• 2 Henderson-Hasselbalch likning
  • 2.1 Bruk
• 3 ionisering konstant øvelser
  • 3.1 Øvelse 1
  • 3.2 Øvelse 2
  • 3.3 Øvelse 3
• 4 referanser

Ioniseringsbalanse

Doble pilene i den øvre kjemiske ligningen indikerer at en balanse er oppnådd mellom reaktanter og produkt. Da all likevekt har en konstant, skjer det samme med ioniseringen av en syre og uttrykkes som følger:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Termodynamisk defineres den konstante Ka i form av aktiviteter, ikke konsentrasjoner. I fortynnede vandige oppløsninger er vannaktiviteten imidlertid ca. 1, og aktivitetene av hydroniumionen, konjugatbasen og den ufordelte syre ligger nær deres molære konsentrasjoner.

Av disse årsakene ble bruk av dissosiasjonskonstanten (ka) som ikke inkluderer vannkonsentrasjon innført. Dette tillater at dissosiasjonen av svak syre kan skematiseres på en enklere måte, og dissosiasjonskonstanten (Ka) uttrykkes på samme måte.

det har  <=> H⁺     +      En^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka

Dissociationskonstanten (Ka) er en form for uttrykk for en likevektskonstant.

Konsentrasjonene av den ikke-dissocierte syre, konjugatbasen og hydronium- eller hydrogenjonen forblir konstant når likevektstilstanden er nådd. På den annen side er konsentrasjonen av konjugatbasen og hydroniumionen nøyaktig den samme.

Deres verdier er gitt i magter på 10 med negative eksponenter, så en mer enkel og håndterbar form for Ka-uttrykk ble introdusert, som de kalte pKa.

pKa = - log Ka

PKa refereres vanligvis til som syre dissosiasjonskonstanten. Verdien av pKa er en klar indikasjon på styrken av en syre.

De syrer som har en pKa-verdi lavere eller mer negativ enn -1,74 (pKa av hydroniumionet) betraktes som sterke syrer. Mens syrer som har en pKa større enn -1,74, regnes som ikke sterke syrer.

Henderson-Hasselbalch ligning

Fra uttrykket av Ka er en ligning avledet som er av enormt bruksområde i analytiske beregninger.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Tar logaritmer,

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

Og rydde logg H⁺:

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

Ved bruk av definisjonene av pH og pKa, og omgruppering av termer:

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

Dette er den berømte Henderson-Hasselbalch-ligningen.

bruk

Henderson-Hasselbach-ligningen brukes til å estimere pH-verdien av bufferløsninger, samt hvordan de påvirker de relative konsentrasjoner av konjugatbasen og syren i pH.

Når konsentrasjonen av konjugatbasen er lik konsentrasjonen av syren, er forholdet mellom konsentrasjonene av begge termer lik 1; og derfor er logaritmen lik 0.

Som en konsekvens er pH = pKa, som har dette veldig viktig, siden i denne situasjonen er buffereffektiviteten maksimal.

Det er vanlig å ta pH-sonen der den maksimale bufferkapasiteten eksisterer, det hvor pH = pka ± 1 pH-enhet.

Ionisering konstant øvelser

Øvelse 1

Den fortynnede oppløsningen av en svak syre har følgende konsentrasjoner ved likevekt: uassociert syre = 0,065 M og konjugatbasekonsentrasjon = 9 · 10^-4 M. Beregn Ka og pKa av syre.

Konsentrasjonen av hydrogenjonen eller hydroniumionet er lik konsentrasjonen av konjugatbasen, siden de kommer fra ioniseringen av den samme syren.

Ved å erstatte i ligningen:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Ved å erstatte i ligningen for deres respektive verdier:

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

= 1,246 · 10^-5

Og beregne da sin pKa

pKa = - log Ka

= - logg 1,246 · 10^-5

= 4,904

Øvelse 2

En svak syre med en konsentrasjon på 0,03 M, har en dissosiasjonskonstant (Ka) = 1,5 · 10^-4. Beregn: a) pH av den vandige løsningen; b) graden av ionisering av syren.

Ved likevekt er konsentrasjonen av syren lik (0,03 M - x), hvor x er mengden av syren som dissocierer. Derfor er konsentrasjonen av hydrogen eller hydroniumion x, som er konsentrasjonen av konjugert base.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M - x. Den lille verdien av Ka indikerer at syren sannsynligvis dissosieres svært lite, slik at (0,03 M - x) er omtrent lik 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⁺]

= - logg [2.12 x 10^-4]

pH = 3,67

Og endelig om graden av ionisering: den kan beregnes ved hjelp av følgende uttrykk:

[H⁺] eller [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Øvelse 3

Jeg beregner Ka fra prosentandelen ionisering av en syre, ved å vite at den ioniseres med 4,8% fra en innledende konsentrasjon på 1,5 · 10^-3 M.

For å beregne mengden av syre som er ionisert, bestemmes det 4,8%.

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

= 7,2 x 10^-5 M

Denne mengden av ionisert syre er lik konsentrasjonen av konjugatbasen og til konsentrasjonen av hydroniumionet eller hydrogenjonen i likevekt.

Konsentrasjonen av syren i likevekten = innledende konsentrasjon av syren - mengden av ionisert syre.

[HA] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1428 x 10^-3 M

Og løse da med de samme ligningene

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

= - logg 3.63 x 10^-6

= 5,44

referanser

1. Kjemi 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) åttende utgave. Cengage Learning.
4. Segel I. H. (1975). Biokjemiske beregninger. Andre. Edition. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Slik beregner du acid ionization Constant. Study. Hentet fra: study.com.