Azido eta base ahulak: Ka eta Kb-tik pH-ra

Ka, Kb eta haien p-eskalak irakurtzea

HA azido ahul baterako, HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) ionizazioak Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] konstantea du. Ura disolbatzailea da eta kanpoan uzten da. Ka handiagoak azido indartsuagoa esan nahi du. B base ahul baterako, B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) erreakzioak Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B] du.

Konstante hauek hamarraren berredura asko hartzen dituztenez, askotan pKa = −log Ka eta pKb = −log Kb gisa ematen dira. Eskala alderantziz doa: pKa txikiagoak azido indartsuagoa esan nahi du. H eranskinak Ka = 1.8 × 10⁻⁵ ematen du azido azetikorako (pKa 4.74), 6.4 × 10⁻⁴ azido fluorhidrikorako (pKa 3.19) eta 4.9 × 10⁻¹⁰ azido zianhidrikorako (pKa 9.31). HF-ren Ka HCN-rena baino milioi bat aldiz handiagoa da gutxi gorabehera, nahiz eta biei ahul deitu.

Adibide landua: azido ahul baten pH-a x txikiaren lasterbidearekin

Aurkitu 0.200 M azido azetikoaren, CH₃COOH, pH-a. Izan bedi x ionizatzen den kantitatea. Orekan [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x eta [CH₃COOH] = 0.200 − x. Urak berak H₃O⁺-ri egiten dion ekarpena (10⁻⁷ M) arbuiagarria da azidoarenaren aldean.

Idatzi 1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x). Ka txikia denez, suposatu x 0.200 baino askoz txikiagoa dela eta kendu izendatzailetik. Orduan x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ eta x = 1.9 × 10⁻³ M. Egiaztapena: 1.9 × 10⁻³ / 0.200 ehuneko 1 baino apur bat gutxiago da, ehuneko 5eko mugaren oso azpitik, beraz lasterbideak balio du. pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72, bi hamartarrekin emana Ka-k bi zifra esanguratsu dituelako.

Alderatu hori kontzentrazio bereko azido indartsu batekin, pH 0.70 emango lukeena. Azido ahulak hidronio-kontzentrazioaren ehunen bat inguru du.

Adibide landua: lasterbideak huts egiten duenean eta bigarren mailako ekuazioa behar duzunean

Aurkitu 0.0500 M azido nitrosoaren, HNO₂, pH-a, H eranskineko Ka = 4.6 × 10⁻⁴-rekin. Lasterbideak x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M ematen du, 0.0500aren ehuneko 9.6 dena. Horrek ez du ehuneko 5eko egiaztapena gainditzen, beraz ebatzi ekuazio osoa.

Berrantolatu 4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x) x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0 bihurtzeko. Erro positiboa x = 4.57 × 10⁻³ M da, beraz pH = 2.34 eta azidoa ehuneko 9.1 ionizatuta dago. Lasterbideak pH 2.32 emango zukeen. 0.02ko aldea txikia dirudi, baina datuek onartzen duten 0.01eko zehaztasuna baino handiagoa da, beraz bigarren mailako ekuazioaren erantzuna da eman beharrekoa.

Arau praktiko azkar bat: lasterbidea segurua izan ohi da hasierako kontzentrazioa Ka-z zatituta ehunka batzuk baino handiagoa denean. Hemen 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ 110 ingurukoa besterik ez da, eta horregatik huts egin zuen. Hala ere, egin ehuneko 5eko egiaztapena aldi oro.

Ionizazio-ehunekoa handitu egiten da azidoa diluitzean

Ionizazio-ehunekoa orekako [H₃O⁺] zati azidoaren hasierako kontzentrazioa da, bider 100. Azido ahul batean ez da finkoa. Azido azetikorako ekuazio osoa ebatziz ehuneko 0.94 lortzen da 0.200 M-tan, ehuneko 3.0 0.0200 M-tan eta ehuneko 9.0 0.00200 M-tan.

Arrazoia diluzioari aplikatutako Le Chatelierren printzipioa da. Diluitzeak kontzentrazio guztiak jaisten ditu, eta horrek Q Ka-ren azpitik jaisten du, eta oreka ioi gehiagorantz desplazatzen da. pH-ak igotzen jarraitzen du diluitzean, 2.72tik 3.23ra eta 3.74ra serie honetan, baina hamar aldiko diluzio bakoitzeko unitate erdi inguru bakarrik, ez azido indartsu batean ikusiko zenukeen unitate osoa.

Adibide landua: base ahul bat eta bere pOH-a

Aurkitu 0.120 M amoniakoaren pH-a, I eranskineko Kb = 1.8 × 10⁻⁵-rekin. Taulak azido baterako duen forma bera du, baina produktua hidroxidoa da: [NH₄⁺] = [OH⁻] = x eta [NH₃] = 0.120 − x.

Orduan x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120, beraz x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M. Egiaztapenak ehuneko 1.2 ematen du, beraz lasterbideak balio du. pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83, eta pH = 14.00 − 2.83 = 11.17. Hemen akatsik ohikoena 2.83 pH gisa ematea da. Base batek 7 baino pH handiagoa eman behar du.

Ioiek urarekin erreakzionatzen duten gatzak

Uretako edozein azido–base bikote konjugaturako, Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ 25 °C-tan. Zenbat eta indartsuagoa azidoa, orduan eta ahulagoa bere base konjugatua. Horri esker tauletan agertzen ez den konstante bat aurki dezakezu.

1. adibide landua. Aurkitu 0.100 M sodio azetatoaren pH-a. Na⁺-k ez du urarekin erreakzionatzen, baina azetatoa base ahula da. Bere Kb 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ da. Orduan [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 eta pH = 8.87. Disoluzioa apur bat basikoa da.

2. adibide landua. Aurkitu 0.200 M amonio kloruroaren pH-a. Cl⁻ azido indartsu baten base konjugatua da eta ez du eragin neurgarririk, baina NH₄⁺ azido ahula da, Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰-rekin. Orduan [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M, eta pH = 4.98.

• Base indartsu baten katioia (Na⁺, K⁺) azido indartsu baten anioiarekin (Cl⁻, NO₃⁻): neutroa.
• Base indartsu baten katioia azido ahul baten anioiarekin (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻): basikoa.
• Base ahul baten azido konjugatua den katioia (NH₄⁺) azido indartsu baten anioiarekin: azidoa.
• Bi ioiak erreaktiboak: alderatu katioiaren Ka anioiaren Kb-rekin. Konstante handienak irabazten du.

Azido poliprotikoek protoiak banan-banan galtzen dituzte

Azido karbonikoa, H₂CO₃, eta azido fosforikoa, H₃PO₄, bezalako azidoek Ka bat dute protoi bakoitzeko, eta bakoitza aurrekoa baino askoz txikiagoa da. Azido karbonikorako, H eranskinak Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ eta Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹ ematen ditu. Ka1 Ka2 baino milaka aldiz handiagoa denez, hidronio ia guztia lehen urratsetik dator.

Adibide landua. 0.0330 M azido karbonikorako, tratatu lehen urratsa azido ahul bakar bat balitz bezala: [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M, beraz pH = 3.92. Bigarren urratsak ia ez du hau aldatzen. [H₃O⁺] eta [HCO₃⁻] ia berdinak direnez, Ka2 adierazpenean sinplifikatu egiten dira, eta [CO₃²⁻] gutxi gorabehera Ka2-ren berdina ateratzen da, 4.7 × 10⁻¹¹ M.

Kontuz ibiltzeko azido eta base ahulen akatsak

Amaitu aurretik, galdetu erantzunak zentzurik duen. Azido ahul baten disoluzioak kontzentrazio bereko azido indartsu batek baino pH handiagoa izan behar du, eta base ahul batek base indartsu batek baino pH txikiagoa.

• Azido ahul bat indartsu gisa tratatzea eta [H₃O⁺] hasierako kontzentrazioaren berdina jartzea.
• Ehuneko 5eko egiaztapena saltatzea x kendu ondoren.
• Base baterako pOH pH gisa ematea, edo amaieran bihurtzea ahaztea.
• Ka erabiltzea gatz baten anioirako Kb behar denean. Bihurtu Kw-rekin lehenik.
• Cl⁻, NO₃⁻ edo Na⁺ pH-a aldatuko balute bezala tratatzea.
• Azido poliprotiko batean bigarren ionizazioaren hidronioa lehenengoari gehitzea Ka2 Ka1 baino askoz txikiagoa denean.
• pH-an Ka-k dituen zifra esanguratsuak baino hamartar gehiago ematea.