Zəif turşular və əsaslar: Ka və Kb-dən pH-a

Ka, Kb və onların p-şkalalarının oxunması

Zəif HA turşusu üçün HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) ionlaşmasının sabiti Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA]-dır. Su həlledicidir və ifadəyə daxil edilmir. Daha böyük Ka daha güclü turşu deməkdir. Zəif B əsası üçün B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) reaksiyasının sabiti Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B]-dir.

Bu sabitlər onluğun çoxlu qüvvətini əhatə etdiyindən onlar çox vaxt pKa = −log Ka və pKb = −log Kb kimi verilir. Şkala tərsinədir: daha kiçik pKa daha güclü turşu deməkdir. Əlavə H sirkə turşusu üçün Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (pKa 4.74), flüorid turşusu üçün 6.4 × 10⁻⁴ (pKa 3.19) və sianid turşusu üçün 4.9 × 10⁻¹⁰ (pKa 9.31) verir. Hər ikisi zəif adlansa da, HF-in Ka-sı HCN-inkindən təxminən bir milyon dəfə böyükdür.

Həll olunmuş nümunə: kiçik x qısa yolu ilə zəif turşunun pH-ı

0.200 M sirkə turşusunun, CH₃COOH-un pH-ını tapın. Tutaq ki, x ionlaşan miqdardır. Tarazlıqda [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x və [CH₃COOH] = 0.200 − x. Suyun özünün H₃O⁺-a payı (10⁻⁷ M) turşununkunun yanında nəzərə alınmayacaq qədər kiçikdir.

1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x) yazın. Ka kiçik olduğundan x-in 0.200-dən xeyli kiçik olduğunu fərz edin və onu məxrəcdən atın. Onda x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ və x = 1.9 × 10⁻³ M. Yoxlama: 1.9 × 10⁻³ / 0.200 1 faizdən bir qədər azdır, 5 faiz həddindən xeyli aşağıdır, buna görə qısa yol keçərlidir. pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72; Ka-nın iki əhəmiyyətli rəqəmi olduğuna görə iki onluq mərtəbə ilə verilir.

Bunu eyni qatılıqdakı güclü turşu ilə müqayisə edin; o, pH 0.70 verərdi. Zəif turşunun hidronium qatılığı təxminən yüz dəfə azdır.

Həll olunmuş nümunə: qısa yol işləmədikdə və kvadrat tənlik lazım olduqda

Əlavə H-dan Ka = 4.6 × 10⁻⁴ ilə 0.0500 M nitrit turşusunun, HNO₂-nin pH-ını tapın. Qısa yol x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M verir; bu, 0.0500-ün 9.6 faizidir. Bu, 5 faiz yoxlamasından keçmir, buna görə tam tənliyi həll edin.

4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x) tənliyini x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0 şəklinə salın. Müsbət kök x = 4.57 × 10⁻³ M-dir, buna görə pH = 2.34 və turşu 9.1 faiz ionlaşıb. Qısa yol pH 2.32 verərdi. 0.02 fərq kiçik görünür, lakin verilənlərin dəstəklədiyi 0.01 dəqiqlikdən böyükdür, buna görə göstərilməli olan kvadrat tənliyin cavabıdır.

Sürətli təcrübi qayda: ilkin qatılığın Ka-ya nisbəti bir neçə yüzdən böyük olduqda qısa yol adətən təhlükəsizdir. Burada 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ cəmi təxminən 110-dur, qısa yolun işləməməsinin səbəbi budur. Yenə də 5 faiz yoxlamasını hər dəfə aparın.

Turşu durulaşdırıldıqca ionlaşma faizi artır

İonlaşma faizi tarazlıqdakı [H₃O⁺]-ın turşunun ilkin qatılığına nisbətinin 100-ə hasilidir. Zəif turşu üçün o, sabit deyil. Sirkə turşusu üçün tam tənliyi həll etmək 0.200 M-də 0.94 faiz, 0.0200 M-də 3.0 faiz və 0.00200 M-də 9.0 faiz verir.

Səbəb durulaşdırmaya tətbiq olunan Le Şatelye prinsipidir. Durulaşdırma bütün qatılıqları azaldır, bu da Q-nu Ka-dan aşağı salır və tarazlıq daha çox ion tərəfə sürüşür. Durulaşdırıldıqda pH yenə də artır, bu sırada 2.72-dən 3.23-ə və 3.74-ə qədər, lakin güclü turşuda görəcəyiniz tam bir vahid deyil, hər on dəfə durulaşdırmada cəmi təxminən yarım vahid.

Həll olunmuş nümunə: zəif əsas və onun pOH-u

Əlavə I-dən Kb = 1.8 × 10⁻⁵ ilə 0.120 M ammonyakın pH-ını tapın. Cədvəl turşu üçün olanla eyni formadadır, lakin məhsul hidroksiddir: [NH₄⁺] = [OH⁻] = x və [NH₃] = 0.120 − x.

Onda x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120, buna görə x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M. Yoxlama 1.2 faiz verir, deməli qısa yol keçərlidir. pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83 və pH = 14.00 − 2.83 = 11.17. Burada ən çox rast gəlinən səhv 2.83-ü pH kimi göstərməkdir. Əsas 7-dən yuxarı pH verməlidir.

İonları su ilə reaksiyaya girən duzlar

Sudakı istənilən qoşa turşu–əsas cütü üçün 25 °C-də Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴. Turşu nə qədər güclüdürsə, onun qoşa əsası bir o qədər zəifdir. Bu, cədvəllərdə verilməyən sabiti tapmağa imkan verir.

Həll olunmuş nümunə 1. 0.100 M natrium asetatın pH-ını tapın. Na⁺ su ilə reaksiyaya girmir, lakin asetat zəif əsasdır. Onun Kb-si 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰-dur. Onda [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 və pH = 8.87. Məhlul zəif əsas xassəlidir.

Həll olunmuş nümunə 2. 0.200 M ammonium xloridin pH-ını tapın. Cl⁻ güclü turşunun qoşa əsasıdır və ölçülə bilən təsiri yoxdur, lakin NH₄⁺ Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ olan zəif turşudur. Onda [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M və pH = 4.98.

• Güclü əsasdan gələn kation (Na⁺, K⁺) və güclü turşudan gələn anion (Cl⁻, NO₃⁻): neytral.
• Güclü əsasdan gələn kation və zəif turşunun anionu (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻): əsas xassəli.
• Zəif əsasın qoşa turşusu olan kation (NH₄⁺) və güclü turşunun anionu: turşu xassəli.
• Hər iki ion reaksiyaya girir: kationun Ka-sını anionun Kb-si ilə müqayisə edin. Hansı sabit böyükdürsə, o üstün gəlir.

Çoxəsaslı turşular protonlarını bir-bir itirir

Karbonat turşusu, H₂CO₃, və fosfat turşusu, H₃PO₄, kimi turşuların hər proton üçün bir Ka-sı var və hər biri əvvəlkindən xeyli kiçikdir. Karbonat turşusu üçün Əlavə H Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ və Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹ verir. Ka1 Ka2-dən minlərlə dəfə böyük olduğundan hidroniumun demək olar ki, hamısı birinci mərhələdən gəlir.

Həll olunmuş nümunə. 0.0330 M karbonat turşusu üçün birinci mərhələyə tək zəif turşu kimi baxın: [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M, buna görə pH = 3.92. İkinci mərhələ bunu çətinliklə dəyişir. [H₃O⁺] və [HCO₃⁻] demək olar ki, bərabər olduğundan Ka2 ifadəsində ixtisar olunur və [CO₃²⁻] təxminən Ka2-yə, 4.7 × 10⁻¹¹ M-ə bərabər alınır.

Zəif turşu və əsas hesablamalarında diqqət ediləcək səhvlər

Bitirməzdən əvvəl cavabın məntiqli olub-olmadığını soruşun. Zəif turşu məhlulunun pH-ı eyni qatılıqdakı güclü turşununkundan yüksək, zəif əsasınkı isə güclü əsasınkından aşağı olmalıdır.

• Zəif turşuya güclü turşu kimi baxıb [H₃O⁺]-ı ilkin qatılığa bərabər götürmək.
• x-i atdıqdan sonra 5 faiz yoxlamasını buraxmaq.
• Əsas üçün pOH-u pH kimi göstərmək və ya sonda çevirməyi unutmaq.
• Duzun anionu üçün Kb lazım olduğu yerdə Ka-dan istifadə etmək. Əvvəlcə Kw ilə çevirin.
• Cl⁻, NO₃⁻ və ya Na⁺ ionlarına pH-ı dəyişirmiş kimi baxmaq.
• Ka2 Ka1-dən xeyli kiçik olduqda çoxəsaslı turşu üçün ikinci ionlaşmanın hidroniumunu birinciyə əlavə etmək.
• pH-da Ka-dakı əhəmiyyətli rəqəmlərdən çox onluq mərtəbə göstərmək.