Konstant joniseringsekvation av Henderson Hasselbalch och övningar

den joniseringskonstant (eller dissociation) är en egenskap som speglar en substans tendens att frigöra vätejoner; det vill säga det är direkt relaterat till styrkan hos en syra. Ju större värdet av dissociationskonstanten (Ka) är, desto större är frisättningen av vätebindningar med syran.

När det gäller vatten, till exempel är dess jonisering känd som "autoprotolisis" eller "autoionization". Här ger en vattenmolekyl en H⁺ till en annan, som producerar H-jonerna₃O⁺ och OH^-, som du kan se i bilden nedan.

Dissociationen av en syra från en vattenhaltig lösning kan schematiseras på följande sätt:

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

Där HA representerar syran som är joniserad, H₃O⁺ till hydroniumjonen och A^- dess konjugatbas. Om Ka är hög, kommer en större del av HA att dissociera och därmed kommer det att bli en större koncentration av hydronjonjonen. Denna ökning i surhet kan bestämmas genom att observera en förändring i lösningens pH, vars värde är under 7..

index

• 1 Joniseringsbalans
  • 1,1 ka
• 2 Henderson-Hasselbalch ekvation
  • 2.1 Använd
• 3 Ioniseringskonstant övningar
  • 3.1 Övning 1
  • 3.2 Övning 2
  • 3.3 Övning 3
• 4 referenser

Joniseringsbalans

Dubbelpilarna i den övre kemiska ekvationen indikerar att en balans upprättas mellan reaktanter och produkt. Eftersom all jämvikt har en konstant händer detsamma med joniseringen av en syra och uttrycks som följer:

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

Termodynamiskt definieras den konstanta ka i termer av aktiviteter, inte koncentrationer. I utspädda vattenhaltiga lösningar är vattenaktiviteten emellertid omkring 1 och aktiviteterna hos hydroniumjonen, konjugatbasen och den oisocierade syran ligger nära deras molära koncentrationer.

Av dessa skäl infördes användningen av dissociationskonstanten (ka) som inte innefattar vattenkoncentration. Detta medger att dissociationen av svag syra kan schematiseras på ett enklare sätt, och dissociationskonstanten (Ka) uttrycks på samma sätt.

det har  <=> H⁺     +      EN^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka

Dissociationskonstanten (Ka) är en form av uttryck av en jämviktskonstant.

Koncentrationerna av den icke-dissocierade syran, konjugatbasen och hydronium- eller vätejonen förblir konstanta när jämviktstillståndet uppnås. Å andra sidan är koncentrationen av konjugatbasen och hydroniumjonen exakt densamma.

Deras värden ges i krafter på 10 med negativa exponenter, så en enklare och hanterbar form av Ka-uttryck infördes, som de kallade pKa.

pKa = - log Ka

PKa benämns vanligen syres dissociationskonstanten. Värdet av pKa är en tydlig indikation på styrkan hos en syra.

De syror som har ett pKa-värde lägre eller mer negativt än -1,74 (pKa av hydroniumjonen) betraktas som starka syror. Medan syror som har en pKa större än -1,74, anses vara icke starka syror.

Henderson-Hasselbalch ekvation

Ur uttrycket av Ka är en ekvation härledd som är av stor nytta i analytiska beräkningar.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Tar logaritmer,

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

Och rensa logg H⁺:

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

Med hjälp av då definieringarna av pH och pKa, och omgruppering av termer:

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

Detta är den berömda Henderson-Hasselbalch ekvationen.

användning

Henderson-Hasselbach-ekvationen används för att uppskatta buffertlösningens pH, liksom hur de påverkar de relativa koncentrationerna av konjugatbasen och syran i pH.

När koncentrationen av konjugatbasen är lika med koncentrationen av syran är förhållandet mellan koncentrationerna av båda termerna lika med 1; och därför är dess logaritm lika med 0.

Som ett resultat är pH = pKa, med detta mycket viktigt, eftersom buffertverkningsgraden är maximal i denna situation.

Det är vanligt att ta pH-zonen där den maximala buffertkapaciteten finns, det där pH = pka ± 1 pH-enhet.

Ioniseringskonstant övningar

Övning 1

Den utspädda lösningen av en svag syra har följande koncentrationer vid jämvikt: Osmältad syra = 0,065 M och konjugatbaskoncentration = 9 · 10^-4 M. Beräkna Ka och pKa av syra.

Koncentrationen av vätejonen eller hydronjonjonen är lika med koncentrationen av konjugatbasen, eftersom de kommer från joniseringen av samma syra.

Att ersätta i ekvationen:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

Att ersätta ekvationen för deras respektive värden:

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

= 1,246 · 10^-5

Och sedan beräkna dess pKa

pKa = - log Ka

= - logg 1,246 · 10^-5

= 4,904

Övning 2

En svag syra med en koncentration av 0,03 M har en dissociationskonstant (Ka) = 1,5 · 10^-4. Beräkna: a) pH i den vattenhaltiga lösningen; b) graden av jonisering av syran.

Vid jämvikt är koncentrationen av syran lika med (0,03 M - x), där x är mängden av syran som dissocierar. Därför är koncentrationen av väte eller hydroniumjon x, liksom koncentrationen av konjugerad bas.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1,5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0,03 M - x. Det lilla värdet av Ka indikerar att syran förmodligen dissocieras väldigt lite, så att (0,03 M - x) är ungefär lika med 0,03 M.

Att ersätta i Ka:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4,5 · 10^-8 M²

x = 2,12 x 10^-4 M

Och som x = [H⁺]

pH = - log [H⁺]

= - logg [2.12 x 10^-4]

pH = 3,67

Och slutligen angående graden av jonisering: det kan beräknas med hjälp av följande uttryck:

[H⁺] eller [A^-] / HA] x 100%

(2,12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

Övning 3

Jag beräknar Ka från procenten av jonisering av en syra, med vetande att den joniseras med 4,8% från en initial koncentration av 1,5 · 10^-3 M.

För att beräkna mängden bestäms syran som är joniserad dess 4,8%.

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

= 7,2 x 10^-5 M

Denna mängd av den joniserade syran är lika med koncentrationen av konjugatbasen och till koncentrationen av hydroniumjonen eller vätejonen i jämvikten.

Koncentrationen av syran i jämvikt = initial koncentration av syran - mängden joniserad syra.

[HA] = 1,5 · 10^-3 M - 7,2 · 10^-5 M

= 1 428 x 10^-3 M

Och sedan lösa med samma ekvationer

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

referenser

1. Kemi LibreTexts. (N.D.). Dissociationskonstant. Hämtad från: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Dissociationskonstant. Hämtad från: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W., Davis, R.E., Peck, L.P. och Stanley, G.G. Chemistry. (2008) åttonde upplagan. Cengage Learning.
4. Segel I. H. (1975). Biokemiska beräkningar. 2:e. Edition. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). Hur man beräknar syreononiseringskonstanten. Study. Hämtad från: study.com.