Henderson Hasselbalch állandó ionizációs egyenlete és gyakorlatok

az ionizációs állandó (vagy disszociáció) olyan tulajdonság, amely tükrözi az anyag hajlamát a hidrogénionok kibocsátására; vagyis közvetlenül kapcsolódik egy sav erősségéhez. Minél nagyobb a disszociációs állandó (Ka) értéke, annál nagyobb a hidrogénkötések felszabadulása a savval.

A víz esetében például ionizációját „autoprotolízisnek” vagy „autoionizációnak” nevezik. Itt egy vízmolekula H-t eredményez⁺ a H-ionokat₃O⁺ és OH^-, ahogy az alábbi képen látható.

A sav egy vizes oldatból történő disszociációját a következő módon vázoljuk fel:

HA + H₂O    <=>  H₃O⁺     +       A^-

Ahol HA jelentése az ionizált sav, H₃O⁺ a hidroniumionhoz, és A^- konjugált bázisa. Ha a Ka magas, akkor a HA nagyobb része disszociál, és ennek következtében nagyobb a hidroniumion koncentrációja. A savasság növekedése meghatározható az oldat pH-jának változásával, amelynek értéke 7 ° C alatt van..

index

• 1 Ionizációs egyensúly
  • 1.1 Ka
• 2 Henderson-Hasselbalch egyenlet
  • 2.1 Használat
• 3 Ionizációs állandó gyakorlatok
  • 3.1 1. gyakorlat
  • 3.2 2. gyakorlat
  • 3.3 3. gyakorlat
• 4 Referenciák

Ionizációs egyensúly

A felső kémiai egyenletben lévő kettős nyilak azt mutatják, hogy egyensúly áll fenn a reagensek és a termék között. Mivel az összes egyensúly állandó, ugyanez történik egy sav ionizációjával és a következőképpen van kifejezve:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

A termodinamikailag a Ka konstans az aktivitások, nem pedig a koncentrációk alapján határozható meg. Híg vizes oldatokban azonban a víz aktivitása körülbelül 1, a hidroniumion, a konjugált bázis és a nem disszociált sav aktivitása közel van a moláris koncentrációhoz..

Ezen okokból a vízkoncentrációt nem tartalmazó disszociációs állandó (ka) használata került bevezetésre. Ez lehetővé teszi, hogy a gyenge sav disszociációját egyszerűbb módon vázoljuk, és a disszociációs állandó (Ka) ugyanúgy fejeződik ki.

Meg  <=> H⁺     +      A^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka

A disszociációs állandó (Ka) egy egyensúlyi konstans expressziós formája.

A nem disszociált sav, a konjugált bázis és a hidronium vagy hidrogénion koncentrációja az egyensúlyi állapot elérésekor állandó marad. Másrészt a konjugált bázis és a hidroniumion koncentrációja pontosan megegyezik.

Értékeik 10 negatív exponensekkel rendelkeznek, így a Ka kifejezés egyszerűbb és kezelhetőbb formáját vezették be, amelyet pKa-nak neveztek..

pKa = - log Ka

A pKa-t általában savas disszociációs állandónak nevezik. A pKa értéke egyértelműen jelzi a sav erősségét.

Azok a savak, amelyek pKa-értéke alacsonyabb vagy negatívabb, mint -1,74 (a hidroniumion pKa értéke), erős savaknak tekinthetők. Míg a -1,74-nél nagyobb pKa-értékű savak nem erős savak.

Henderson-Hasselbalch egyenlet

A Ka kifejezéséből kiindulva az analitikus számításoknál hatalmas hasznosságú egyenlet jön létre.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Logaritmusok készítése,

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

És elszámolási napló H⁺:

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

Ezután a pH és a pKa definícióit használjuk, és átcsoportosítjuk a feltételeket:

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

Ez a híres Henderson-Hasselbalch egyenlet.

használat

A Henderson-Hasselbach egyenletet a pufferoldatok pH-értékének becslésére használjuk, valamint azt, hogy hogyan befolyásolják a konjugált bázis és a pH relatív koncentrációját a pH-értékben..

Ha a konjugált bázis koncentrációja megegyezik a sav koncentrációjával, a két kifejezés koncentrációja közötti arány 1; és ennek logaritmusa 0.

Ennek következtében a pH = pKa, ami nagyon fontos, mivel ebben a helyzetben a puffer hatékonysága maximális.

A pH-zóna szokásos, ahol a maximális pufferkapacitás létezik, ahol a pH = pka ± 1 pH-egység.

Az ionizáció állandó gyakorlatok

1. gyakorlat

A gyenge sav hígított oldatának egyensúlyi egyensúlya a következő: nem disszociált sav = 0,065 M és konjugált bázis koncentráció = 9 · 10^-4 M. Számítsuk ki a sav és a pKa értékét.

A hidrogénion vagy a hidroniumion koncentrációja megegyezik a konjugált bázis koncentrációjával, mivel ugyanazon sav ionizációjából származnak..

Az egyenlet helyettesítése:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Az egyenletben a megfelelő értékek helyettesítése:

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

= 1,246 · 10^-5

És kiszámítva a pKa-ját

pKa = - log Ka

= - log 1,246 · 10^-5

= 4,904

2. gyakorlat

A gyenge sav 0,03 M koncentrációjú disszociációs állandója (Ka) = 1,5 · 10^-4. Számítsuk ki: a) a vizes oldat pH-ját; b) a savas ionizáció mértéke.

Az egyensúlyi állapotban a sav koncentrációja egyenlő (0,03 M - x), ahol x a disszociáló sav mennyisége. Ezért a hidrogén vagy a hidroniumion koncentrációja x, mint a konjugált bázis koncentrációja.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M-x. A Ka kis értéke azt jelzi, hogy a sav valószínűleg nagyon kevéssé szétválik, így (0,03 M - x) körülbelül 0,03 M..

Helyettesítő Ka:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

És x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

= - log [2,12 x 10^-4]

pH = 3,67

Végül pedig az ionizáció mértékével kapcsolatban: a következő kifejezéssel számítható:

[H⁺] vagy [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

3. gyakorlat

Kiszámítom a Ka-t egy sav ionizációjának százalékos arányából, tudva, hogy az ionizációt 4,8% -kal 1,5-es kezdeti koncentrációból állítjuk elő.^-3 M.

A mennyiség kiszámításához az ionizált savat 4,8% -ban határozzuk meg..

Ionizált mennyiség = 1,5 · 10^-3 M (4.8 / 100)

= 7,2 x 10^-5 M

Ez az ionizált sav mennyisége megegyezik a konjugált bázis koncentrációjával és az egyensúlyi hidrogén-ion vagy hidrogénion koncentrációjával..

A sav koncentrációja az egyensúlyban = a sav kezdeti koncentrációja - az ionizált sav mennyisége.

[HA] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1,428 x 10^-3 M

És akkor azonos megoldásokkal

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

referenciák

1. Kémia LibreTexts. (N.d.). A disszociációs állandó. Lap forrása: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). A disszociációs állandó. Lap forrása: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W., Davis, R. E., Peck, L. P. és Stanley, G. G. Chemistry. (2008) Nyolcadik kiadás. Cengage tanulás.
4. Segel I. H. (1975). Biokémiai számítások. 2.. Edition. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Hogyan számítsuk ki a savas ionizációs konstansot. Tanulmány. Visszaváltva: study.com.