IONIZÁCIÓS ÁLLANDÓ: EGYENLET ÉS GYAKORLATOK - KÉMIA - 2026

Az ionizációs állandó, a disszociációs állandó vagy a savassági állandó olyan tulajdonság, amely tükrözi az anyag hajlandóságát hidrogénionok felszabadítására; vagyis közvetlenül kapcsolódik egy sav szilárdságához. Minél nagyobb a disszociációs állandó (Ka) értéke, annál nagyobb a hidrogénionok felszabadulása a savban.

Például a víz esetében az ionizációja „autoprotolízis” vagy „autoionizáció” néven ismert. Itt, egy vízmolekula ad H ⁺, hogy egy másik, a termelő H ₃ O ⁺ és OH ^- ionok, amint az az alábbi képet.

Forrás: Cdang, a Wikimedia Commonsból

Egy sav disszociációját vizes oldatból a következő módon lehet felvázolni:

HA + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + A ^-

Amennyiben HA jelentése a savval, amely ionizált, H ₃ O ⁺ a hidrónium ionok, és A ^- konjugált bázisa. Ha a Ka magas, akkor a HA több része diszociálódik, és ezért nagyobb a hidróniumion koncentrációja. A savasság növekedését az oldat pH-jának változása megfigyelésével határozhatjuk meg, amelynek értéke 7 alatt van.

Ionizációs egyensúly

A felső kémiai egyenletben szereplő kettős nyíl jelzi, hogy egyensúlyt teremtnek a reagensek és a termék között. Mivel minden egyensúlynak állandója van, ugyanez történik egy sav ionizációjával és a következőképpen fejeződik ki:

K = /

Termodinamikailag a Ka konstansot tevékenységek, nem koncentrációk alapján határozzák meg. Híg vizes oldatokban azonban a víz aktivitása körülbelül 1, és a hidrónium-ion, a konjugált bázis és a nem-disszociált sav aktivitása közel áll moláris koncentrációikhoz.

Ezen okok miatt bevezetésre került a disszociációs állandó (ka) állandó használata, amely nem tartalmazza a vízkoncentrációt. Ez lehetővé teszi a gyenge sav-disszociáció egyszerűbb ábrázolását, és a disszociációs állandó (Ka) azonos formájában történő kifejezését.

HA <=> H ⁺ + A ^-

Ka = /

Ka

A disszociációs állandó (Ka) az egyensúlyi állandó kifejezésének egyik formája.

A nem disszociált sav, a konjugált bázis és a hidronium vagy hidrogén ion koncentrációi állandóak maradnak, miután az egyensúlyi állapotot elérjük. Másrészt a konjugált bázis és a hidronium-ion koncentrációja pontosan megegyezik.

Értékeiket 10 negatív exponenssel együtt adják meg, tehát bevezették a Ka kifejezés egyszerűbb és kezelhetőbb formáját, amelyet pKa-nak hívtak.

pKa = - log Ka

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

Erős savaknak tekintjük azokat a savakat, amelyek pKa-értéke kisebb vagy nagyobb, mint -1,74 (a hidronium-ion pKa-értéke). Míg azok a savak, amelyek pKa-értéke nagyobb, mint -1,74, nem erős savaknak tekinthetők.

Henderson-Hasselbalch egyenlet

A Ka kifejezésből származik egy egyenlet, amely rendkívül hasznos az analitikai számításokban.

Ka = /

Logaritmusok figyelembe vétele, log Ka = log H ⁺ + log A ^- - log HA

És megoldás a H ⁺ log számára:

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

Ezután a pH és a pKa meghatározásait, valamint a kifejezések újracsoportosítását használjuk:

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

Ez a híres Henderson-Hasselbalch egyenlet.

Használat

A pufferek pH-jának becslésére a Henderson-Hasselbach-egyenletet használják, valamint azt, hogy a konjugált bázis és a sav relatív koncentrációi hogyan befolyásolják a pH-t.

Ha a konjugált bázis koncentrációja megegyezik a sav koncentrációjával, akkor a két kifejezés koncentrációja közötti kapcsolat 1: 1; és ezért logaritmusa egyenlő 0-val.

Következésképpen a pH = pKa, ez nagyon fontos, mivel ebben a helyzetben a puffer hatékonysága maximális.

Általában azt a pH-zónát veszik fel, ahol a maximális pufferkapacitás van, ahol a pH = pka ± 1 pH-egység.

Ionizációs állandó gyakorlatok

1. Feladat

A gyenge sav híg oldatának egyensúlyi állapotában a következő koncentrációk vannak: disszociálatlan sav = 0,065 M és a konjugált bázis koncentrációja = ^9-10-4 M. Számítsuk ki a sav Ka és pKa értékét.

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

Helyettesíti az egyenletet:

Ka = / HA

Helyettesíti az egyenletben a megfelelő értékeket:

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

= 1 246 ^10-5

És ezután kiszámítja a pKa-t

pKa = - log Ka

= - log 1,246 10 ^-5

= 4,904

2. gyakorlat

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

Egyensúlyban a sav koncentrációja (0,03 M - x), ahol x a savszétválódó sav mennyisége. Ezért a hidrogén- vagy a hidrónium-ion koncentrációja x, ugyanúgy, mint a konjugált bázis koncentrációja.

Ka = / = 1,5 10 ^-6

= = x

Y = 0,03 M - x. A Ka kis értéke azt jelzi, hogy a sav valószínűleg nagyon kevés disszociációt mutat, tehát (0,03 M - x) megközelítőleg egyenlő 0,03 M-del.

Helyettesítés Ka-ban:

1,5 10 ^-6 = x ^2/3 10 ^-2

X ² = 4,5 10 ^-8 M ²

x = 2,12 x ^10-4 M

És mivel x =

pH = - log

= - napló

pH = 3,67

És végül, az ionizáció mértékével kapcsolatban: kiszámítható a következő kifejezéssel:

o / HA] x 100%

(2,12 10 ^-4 / 3 10 ^-2) x 100%

0,71%

3. gyakorlat

Kát számolom egy sav ionizációjának százalékából, tudva, hogy az 1,8 - ³ M kezdeti koncentrációban 4,8% -on ionizál.

Az ionizált sav mennyiségének kiszámításához meghatározzuk annak 4,8% -át.

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

= 7,2 x ^10-5 M

Ez az ionizált sav mennyiség megegyezik a konjugált bázis koncentrációjával és a hidronium vagy hidrogén ion koncentrációjával az egyensúlyban.

Az egyensúlyi savkoncentráció = kezdeti savkoncentráció - az ionizált sav mennyisége.

= 1,5 ^10-3 M - 7,2 ^10-5 M

= 1428 x ^10-3 M

És aztán ugyanazon egyenletekkel oldja meg

Ka = /

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

Irodalom

1. Kémia LibreTexts. (Sf). Disszociációs állandó. Helyreállítva: chem.libretexts.org
2. Wikipedia. (2018). Disszociációs állandó. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP és Stanley, GG Chemistry. (2008) nyolcadik kiadás. Cengage tanulás.
4. Segel IH (1975). Biokémiai számítások. 2.. Kiadás. John Wiley & Sons. INC.
5. Kabara E. (2018). A savionizációs állandó kiszámítása Tanulmány. Helyreállítva: study.com.