Huyang nga mga Acid ug Base: Gikan sa Ka ug Kb ngadto sa pH

Pagbasa sa Ka, Kb ug ilang mga p-scale

Alang sa huyang nga acid nga HA, ang ionization nga HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) adunay constant nga Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA]. Ang tubig mao ang solvent ug wala iapil. Ang mas dako nga Ka nagpasabot og mas lig-on nga acid. Alang sa huyang nga base nga B, ang reaksyon nga B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) adunay Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B].

Tungod kay kini nga mga constant naglangkob sa daghang gahum sa napulo, kasagaran kini gi-report isip pKa = −log Ka ug pKb = −log Kb. Ang eskala balit-ad: ang mas gamay nga pKa nagpasabot og mas lig-on nga acid. Ang Appendix H naghatag og Ka = 1.8 × 10⁻⁵ alang sa acetic acid (pKa 4.74), 6.4 × 10⁻⁴ alang sa hydrofluoric acid (pKa 3.19) ug 4.9 × 10⁻¹⁰ alang sa hydrocyanic acid (pKa 9.31). Ang Ka sa HF mga usa ka milyon ka pilo nga mas dako kaysa sa HCN, bisan ang duha gitawag nga huyang.

Nasulbad nga ehemplo: pH sa huyang nga acid gamit ang small-x nga shortcut

Pangitaa ang pH sa 0.200 M nga acetic acid, CH₃COOH. Himoa nga x ang gidaghanon nga mo-ionize. Sa equilibrium [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x ug [CH₃COOH] = 0.200 − x. Ang kaugalingong kontribusyon sa tubig sa H₃O⁺ (10⁻⁷ M) gamay ra kaayo kon itandi sa gikan sa acid.

Isulat ang 1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x). Tungod kay gamay ang Ka, ibutang nga ang x mas gamay kaayo kaysa 0.200 ug tangtanga kini gikan sa denominator. Dayon x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ ug x = 1.9 × 10⁻³ M. Pagsusi: ang 1.9 × 10⁻³ / 0.200 ubos lang gamay sa 1 porsyento, layo ubos sa 5 porsyento nga limitasyon, busa molihok ang shortcut. pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72, gi-report sa duha ka decimal place tungod kay ang Ka adunay duha ka mahinungdanong digit.

Itandi kana sa lig-on nga acid sa parehas nga konsentrasyon, nga mohatag og pH 0.70. Ang huyang nga acid adunay mga usa sa usa ka gatos sa konsentrasyon sa hydronium.

Nasulbad nga ehemplo: kung mapakyas ang shortcut ug kinahanglan nimo ang quadratic

Pangitaa ang pH sa 0.0500 M nga nitrous acid, HNO₂, nga adunay Ka = 4.6 × 10⁻⁴ gikan sa Appendix H. Ang shortcut mohatag og x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M, nga 9.6 porsyento sa 0.0500. Napakyas kana sa 5 porsyento nga pagsusi, busa sulbara ang tibuok equation.

Han-aya pag-usab ang 4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x) ngadto sa x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0. Ang positibo nga root mao ang x = 4.57 × 10⁻³ M, busa pH = 2.34 ug ang acid 9.1 porsyento nga na-ionize. Ang shortcut mohatag unta og pH 2.32. Ang kalainan nga 0.02 ingon og gamay, apan mas dako kini kaysa 0.01 nga katukma nga gisuportahan sa datos, busa ang tubag sa quadratic ang angay i-report.

Usa ka dali nga rule of thumb: ang shortcut kasagaran luwas kung ang sinugdang konsentrasyon nga gibahin sa Ka labaw sa pipila ka gatos. Dinhi ang 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ mga 110 lamang, mao nga napakyas kini. Buhata gihapon ang 5 porsyento nga pagsusi matag higayon.

Ang percent ionization mosaka samtang gi-dilute ang acid

Ang percent ionization mao ang [H₃O⁺] sa equilibrium nga gibahin sa sinugdang konsentrasyon sa acid, gipadaghan sa 100. Alang sa huyang nga acid dili kini tino. Ang pagsulbad sa tibuok equation alang sa acetic acid mohatag og 0.94 porsyento sa 0.200 M, 3.0 porsyento sa 0.0200 M ug 9.0 porsyento sa 0.00200 M.

Ang hinungdan mao ang prinsipyo ni Le Chatelier nga gipadapat sa dilution. Ang pag-dilute mopaubos sa matag konsentrasyon, nga mopaubos sa Q ubos sa Ka, ug ang equilibrium mo-shift paingon sa mas daghang ion. Mosaka gihapon ang pH sa dilution, gikan sa 2.72 ngadto sa 3.23 ngadto sa 3.74 niini nga serye, apan mga katunga lamang sa usa ka yunit matag napulo ka pilo nga dilution, dili ang tibuok yunit nga imong makita alang sa lig-on nga acid.

Nasulbad nga ehemplo: huyang nga base ug ang pOH niini

Pangitaa ang pH sa 0.120 M nga ammonia, nga adunay Kb = 1.8 × 10⁻⁵ gikan sa Appendix I. Ang table parehas og porma sa alang sa acid, apan ang produkto mao ang hydroxide: [NH₄⁺] = [OH⁻] = x ug [NH₃] = 0.120 − x.

Dayon x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120, busa x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M. Ang pagsusi mohatag og 1.2 porsyento, busa molihok ang shortcut. pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83, ug pH = 14.00 − 2.83 = 11.17. Ang labing komon nga sayop dinhi mao ang pag-report sa 2.83 isip pH. Ang base kinahanglang mohatag og pH nga labaw sa 7.

Mga asin kansang mga ion moreaksyon sa tubig

Alang sa bisan unsang conjugate acid–base pair sa tubig, Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ sa 25 °C. Kon mas lig-on ang acid, mas huyang ang conjugate base niini. Kini nagtugot kanimo nga makit-an ang constant nga wala gilista sa mga lamesa.

Nasulbad nga ehemplo 1. Pangitaa ang pH sa 0.100 M nga sodium acetate. Ang Na⁺ dili moreaksyon sa tubig, apan ang acetate usa ka huyang nga base. Ang Kb niini mao ang 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰. Dayon [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 ug pH = 8.87. Ang solusyon medyo basic.

Nasulbad nga ehemplo 2. Pangitaa ang pH sa 0.200 M nga ammonium chloride. Ang Cl⁻ mao ang conjugate base sa lig-on nga acid ug walay masukod nga epekto, apan ang NH₄⁺ usa ka huyang nga acid nga adunay Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰. Dayon [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M, ug pH = 4.98.

• Cation gikan sa lig-on nga base (Na⁺, K⁺) uban ang anion gikan sa lig-on nga acid (Cl⁻, NO₃⁻): neutral.
• Cation gikan sa lig-on nga base uban ang anion sa huyang nga acid (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻): basic.
• Cation nga conjugate acid sa huyang nga base (NH₄⁺) uban ang anion sa lig-on nga acid: acidic.
• Reaktibo ang duha ka ion: itandi ang Ka sa cation ug ang Kb sa anion. Kung hain nga constant ang mas dako, kana ang modaog.

Ang mga polyprotic acid mawad-an sa ilang mga proton usa-usa

Ang mga acid sama sa carbonic acid, H₂CO₃, ug phosphoric acid, H₃PO₄, adunay usa ka Ka alang sa matag proton, ug ang matag usa mas gamay kaayo kaysa nauna. Alang sa carbonic acid, ang Appendix H naglista sa Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ ug Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹. Tungod kay ang Ka1 libo-libo ka pilo nga mas dako kaysa Ka2, halos tanang hydronium gikan sa unang lakang.

Nasulbad nga ehemplo. Alang sa 0.0330 M nga carbonic acid, tratara ang unang lakang isip usa ka huyang nga acid: [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M, busa pH = 3.92. Ang ikaduhang lakang halos dili mousab niini. Tungod kay ang [H₃O⁺] ug [HCO₃⁻] halos parehas, magkansela sila sa Ka2 nga expression, ug ang [CO₃²⁻] mogawas nga gibana-bana nga parehas sa Ka2, 4.7 × 10⁻¹¹ M.

Mga sayop sa huyang nga acid ug base nga angay bantayan

Sa dili pa ka mahuman, pangutana kung makatarunganon ba ang tubag. Ang solusyon sa huyang nga acid kinahanglang adunay mas taas nga pH kaysa lig-on nga acid sa parehas nga konsentrasyon, ug ang huyang nga base mas ubos nga pH kaysa lig-on nga base.

• Pagtratar sa huyang nga acid isip lig-on ug pagbutang sa [H₃O⁺] nga parehas sa sinugdang konsentrasyon.
• Paglaktaw sa 5 porsyento nga pagsusi human tangtangon ang x.
• Pag-report sa pOH isip pH alang sa base, o pagkalimot sa pag-convert sa katapusan.
• Paggamit sa Ka diin kinahanglan ang Kb alang sa anion sa asin. I-convert una gamit ang Kw.
• Pagtratar sa Cl⁻, NO₃⁻ o Na⁺ nga daw mousab kini sa pH.
• Pagdugang sa hydronium sa ikaduhang ionization ngadto sa una alang sa polyprotic acid kung ang Ka2 mas gamay kaayo kaysa Ka1.
• Pag-report og mas daghang decimal place sa pH kaysa gidaghanon sa mahinungdanong mga digit sa Ka.