ደካማ አሲዶችና ቤዞች፦ ከKa እና Kb እስከ pH

Kaን፣ Kbን እና የp መለኪያዎቻቸውን ማንበብ

ለደካማ አሲድ HA፣ የHA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) አዮናይዜሽን Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] ቋሚ አለው። ውሃ አሟሚ ስለሆነ አይካተትም። ትልቅ Ka ጠንካራ አሲድን ያመለክታል። ለደካማ ቤዝ B፣ የB(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) ምላሽ Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B] አለው።

እነዚህ ቋሚዎች ብዙ የአሥር ኃይሎችን ስለሚሸፍኑ ብዙውን ጊዜ እንደ pKa = −log Ka እና pKb = −log Kb ይገለጻሉ። መለኪያው በተገላቢጦሽ ይሄዳል፦ ትንሽ pKa ጠንካራ አሲድን ያመለክታል። አባሪ H ለአሴቲክ አሲድ Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (pKa 4.74)፣ ለሃይድሮፍሎሪክ አሲድ 6.4 × 10⁻⁴ (pKa 3.19)፣ ለሃይድሮሲያኒክ አሲድ ደግሞ 4.9 × 10⁻¹⁰ (pKa 9.31) ይሰጣል። ሁለቱም ደካማ ቢባሉም የHF Ka ከHCN Ka አንድ ሚሊዮን እጥፍ ገደማ ይበልጣል።

የተሠራ ምሳሌ፦ የደካማ አሲድ pH በትንሽ x አቋራጭ

የ0.200 M አሴቲክ አሲድ፣ CH₃COOH፣ pHን ያግኙ። x የሚዮናይዘው መጠን ይሁን። በሚዛን ላይ [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x እና [CH₃COOH] = 0.200 − x ነው። ውሃ ራሱ ለH₃O⁺ የሚያበረክተው (10⁻⁷ M) ከአሲዱ አስተዋጽኦ ጋር ሲነጻጸር ቸል ሊባል የሚችል ነው።

1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x) ብለው ይጻፉ። Ka ትንሽ ስለሆነ x ከ0.200 እጅግ ያንሳል ብለው ይገምቱና ከታችኛው ክፍል ያስወግዱት። ከዚያም x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ እና x = 1.9 × 10⁻³ M። ፍተሻ፦ 1.9 × 10⁻³ / 0.200 ከ1 በመቶ በጥቂቱ ያንሳል፤ ይህም ከ5 በመቶ ወሰን በጣም በታች ነው፤ ስለዚህ አቋራጩ ይሠራል። pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72፤ Ka ሁለት ጉልህ አሃዞች ስላሉት በሁለት የአስርዮሽ ቦታዎች ይገለጻል።

ይህን በተመሳሳይ ክምችት ካለ ጠንካራ አሲድ ጋር ያወዳድሩ፤ እሱ pH 0.70 ይሰጣል። የደካማው አሲድ የሃይድሮኒየም ክምችት የጠንካራውን ከመቶ አንድ እጅ ገደማ ብቻ ነው።

የተሠራ ምሳሌ፦ አቋራጩ ሲወድቅና ኳድራቲክ ሲያስፈልግዎ

ከአባሪ H በተገኘ Ka = 4.6 × 10⁻⁴ የ0.0500 M ናይትረስ አሲድ፣ HNO₂፣ pHን ያግኙ። አቋራጩ x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M ይሰጣል፤ ይህም ከ0.0500 ውስጥ 9.6 በመቶው ነው። ይህ የ5 በመቶ ፍተሻውን ስለማያልፍ ሙሉውን እኩልታ ይፍቱ።

4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x)ን ወደ x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0 ያስተካክሉ። አዎንታዊው ሥር x = 4.57 × 10⁻³ M ስለሆነ pH = 2.34 ሲሆን አሲዱ 9.1 በመቶ ይዮናይዛል። አቋራጩ pH 2.32 ይሰጥ ነበር። የ0.02 ልዩነት ትንሽ ይመስላል፤ ነገር ግን መረጃው ከሚደግፈው የ0.01 ትክክለኛነት ይበልጣል፤ ስለዚህ መገለጽ ያለበት የኳድራቲኩ መልስ ነው።

ፈጣን የግምት ደንብ፦ የመነሻው ክምችት በKa ሲካፈል ከጥቂት መቶዎች በላይ ሲሆን አቋራጩ ብዙውን ጊዜ አስተማማኝ ነው። እዚህ 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ ወደ 110 ገደማ ብቻ ነው፤ የወደቀውም ለዚህ ነው። ያም ሆኖ የ5 በመቶ ፍተሻውን ሁልጊዜ ያካሂዱ።

አሲዱ ሲቀጥን የአዮናይዜሽን መቶኛ ይጨምራል

የአዮናይዜሽን መቶኛ በሚዛን ላይ ያለው [H₃O⁺] በመነሻው የአሲድ ክምችት ተካፍሎ በ100 ሲባዛ ነው። ለደካማ አሲድ ቋሚ አይደለም። ለአሴቲክ አሲድ ሙሉውን እኩልታ መፍታት በ0.200 M 0.94 በመቶ፣ በ0.0200 M 3.0 በመቶ፣ በ0.00200 M ደግሞ 9.0 በመቶ ይሰጣል።

ምክንያቱ በማቅጠን ላይ የተተገበረው የለ ሻትሊዬ መርህ ነው። ማቅጠን እያንዳንዱን ክምችት ይቀንሳል፤ ይህም Qን ከKa በታች ዝቅ ያደርጋል፤ ሚዛኑም ወደ ብዙ አዮኖች ይዞራል። በማቅጠን pH አሁንም ይጨምራል፤ በዚህ ተከታታይ ከ2.72 ወደ 3.23 ከዚያም ወደ 3.74፤ ነገር ግን በእያንዳንዱ አሥር እጥፍ ማቅጠን የሚጨምረው ወደ ግማሽ አሃድ ገደማ ብቻ ነው እንጂ ለጠንካራ አሲድ እንደሚታየው ሙሉ አሃድ አይደለም።

የተሠራ ምሳሌ፦ ደካማ ቤዝና pOHው

ከአባሪ I በተገኘ Kb = 1.8 × 10⁻⁵ የ0.120 M አሞኒያ pHን ያግኙ። ሠንጠረዡ ለአሲድ ካለው ጋር ተመሳሳይ ቅርፅ አለው፤ ምርቱ ግን ሃይድሮክሳይድ ነው፦ [NH₄⁺] = [OH⁻] = x እና [NH₃] = 0.120 − x።

ከዚያም x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120፤ ስለዚህ x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M። ፍተሻው 1.2 በመቶ ይሰጣል፤ ስለዚህ አቋራጩ ይሠራል። pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83፣ እና pH = 14.00 − 2.83 = 11.17። እዚህ በጣም የተለመደው ስህተት 2.83ን እንደ pH መግለጽ ነው። ቤዝ ከ7 በላይ pH መስጠት አለበት።

አዮኖቻቸው ከውሃ ጋር ምላሽ የሚሰጡ ጨዎች

በውሃ ውስጥ ላለ ማንኛውም ተጣማሪ የአሲድ–ቤዝ ጥንድ፣ በ25 °C Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ ነው። አሲዱ በጠነከረ ቁጥር ተጣማሪ ቤዙ ይደክማል። ይህ ሠንጠረዦቹ የማይዘረዝሩትን ቋሚ እንዲያገኙ ያስችልዎታል።

የተሠራ ምሳሌ 1። የ0.100 M ሶዲየም አሲቴት pHን ያግኙ። Na⁺ ከውሃ ጋር ምላሽ አይሰጥም፤ አሲቴት ግን ደካማ ቤዝ ነው። Kbው 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ ነው። ከዚያም [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M፣ pOH = 5.13 እና pH = 8.87። መፍትሔው በመጠኑ ቤዛማ ነው።

የተሠራ ምሳሌ 2። የ0.200 M አሞኒየም ክሎራይድ pHን ያግኙ። Cl⁻ የጠንካራ አሲድ ተጣማሪ ቤዝ ሲሆን ሊለካ የሚችል ተጽዕኖ የለውም፤ NH₄⁺ ግን Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ ያለው ደካማ አሲድ ነው። ከዚያም [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M፣ እና pH = 4.98።

• ከጠንካራ ቤዝ የመጣ ካቲዮን (Na⁺፣ K⁺) ከጠንካራ አሲድ ከመጣ አኒዮን (Cl⁻፣ NO₃⁻) ጋር፦ ገለልተኛ።
• ከጠንካራ ቤዝ የመጣ ካቲዮን ከደካማ አሲድ አኒዮን (CH₃COO⁻፣ F⁻፣ CN⁻) ጋር፦ ቤዛማ።
• የደካማ ቤዝ ተጣማሪ አሲድ የሆነ ካቲዮን (NH₄⁺) ከጠንካራ አሲድ አኒዮን ጋር፦ አሲዳማ።
• ሁለቱም አዮኖች ምላሽ ሰጪ ሲሆኑ፦ የካቲዮኑን Ka ከአኒዮኑ Kb ጋር ያወዳድሩ። የሚበልጠው ቋሚ ያሸንፋል።

ፖሊፕሮቲክ አሲዶች ፕሮቶኖቻቸውን አንድ በአንድ ያጣሉ

እንደ ካርቦኒክ አሲድ፣ H₂CO₃፣ እና ፎስፎሪክ አሲድ፣ H₃PO₄፣ ያሉ አሲዶች ለእያንዳንዱ ፕሮቶን አንድ Ka አላቸው፤ እያንዳንዱም ከቀዳሚው እጅግ ያንሳል። ለካርቦኒክ አሲድ አባሪ H Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ እና Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹ ይዘረዝራል። Ka1 ከKa2 በሺዎች እጥፍ ስለሚበልጥ ከሞላ ጎደል ሁሉም ሃይድሮኒየም የሚመጣው ከመጀመሪያው እርምጃ ነው።

የተሠራ ምሳሌ። ለ0.0330 M ካርቦኒክ አሲድ የመጀመሪያውን እርምጃ እንደ አንድ ደካማ አሲድ ይውሰዱ፦ [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M፤ ስለዚህ pH = 3.92። ሁለተኛው እርምጃ ይህን እምብዛም አይለውጥም። [H₃O⁺] እና [HCO₃⁻] ከሞላ ጎደል እኩል ስለሆኑ በKa2 መግለጫ ውስጥ ይሰረዛሉ፤ [CO₃²⁻]ም በግምት ከKa2፣ 4.7 × 10⁻¹¹ M፣ ጋር እኩል ሆኖ ይገኛል።

ሊጠነቀቁባቸው የሚገቡ የደካማ አሲድና ቤዝ ስህተቶች

ከመጨረስዎ በፊት መልሱ ትርጉም ያለው መሆኑን ራስዎን ይጠይቁ። የደካማ አሲድ መፍትሔ በተመሳሳይ ክምችት ካለ ጠንካራ አሲድ ከፍ ያለ pH፣ ደካማ ቤዝ ደግሞ ከጠንካራ ቤዝ ዝቅ ያለ pH ሊኖረው ይገባል።

• ደካማ አሲድን እንደ ጠንካራ ወስዶ [H₃O⁺]ን ከመነሻው ክምችት ጋር እኩል ማድረግ።
• xን ካስወገዱ በኋላ የ5 በመቶ ፍተሻውን መዝለል።
• ለቤዝ pOHን እንደ pH መግለጽ፣ ወይም በመጨረሻ መቀየርን መርሳት።
• ለጨው አኒዮን Kb በሚያስፈልግበት ቦታ Kaን መጠቀም። መጀመሪያ በKw ይቀይሩ።
• Cl⁻፣ NO₃⁻ ወይም Na⁺ pHን እንደሚለውጡ አድርጎ መውሰድ።
• Ka2 ከKa1 እጅግ ባነሰበት ፖሊፕሮቲክ አሲድ ውስጥ የሁለተኛውን አዮናይዜሽን ሃይድሮኒየም ከመጀመሪያው ጋር መደመር።
• በKa ውስጥ ካሉት ጉልህ አሃዞች የበለጡ የአስርዮሽ ቦታዎችን በpH ውስጥ መግለጽ።