Aigéid Laga agus Báisí Laga: Ó Ka agus Kb go pH

Ka, Kb agus a bp-scálaí a léamh

D'aigéad lag HA, tá an tairiseach Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] ag an ianúchán HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq). Is é an t-uisce an tuaslagóir agus fágtar ar lár é. Ciallaíonn Ka níos mó aigéad níos láidre. Do bhonn lag B, tá Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B] ag an imoibriú B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq).

Ós rud é go gclúdaíonn na tairisigh seo go leor cumhachtaí de dheich, is minic a thuairiscítear iad mar pKa = −log Ka agus pKb = −log Kb. Ritheann an scála droim ar ais: ciallaíonn pKa níos lú aigéad níos láidre. Tugann Aguisín H Ka = 1.8 × 10⁻⁵ d'aigéad aicéiteach (pKa 4.74), 6.4 × 10⁻⁴ d'aigéad hidrifluarach (pKa 3.19) agus 4.9 × 10⁻¹⁰ d'aigéad hidriciainíde (pKa 9.31). Tá Ka HF thart ar mhilliún uair níos mó ná Ka HCN, cé go dtugtar lag ar an dá cheann.

Sampla oibrithe: pH aigéid laig leis an ngearrbhealach x beag

Faigh pH aigéid aicéitigh 0.200 M, CH₃COOH. Bíodh x ar an méid a ianaíonn. Ag cothromaíocht [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x agus [CH₃COOH] = 0.200 − x. Is beag le rá an méid H₃O⁺ a thagann ón uisce féin (10⁻⁷ M) i gcomparáid leis an méid a thagann ón aigéad.

Scríobh 1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x). Ós rud é go bhfuil Ka beag, glac leis go bhfuil x i bhfad níos lú ná 0.200 agus fág as an ainmneoir é. Ansin x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ agus x = 1.9 × 10⁻³ M. Seiceáil: tá 1.9 × 10⁻³ / 0.200 díreach faoi bhun 1 faoin gcéad, i bhfad faoi bhun na teorann 5 faoin gcéad, mar sin seasann an gearrbhealach. pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72, arna thuairisciú go dtí dhá ionad deachúlacha toisc go bhfuil dhá fhigiúr shuntasacha ag Ka.

Cuir é sin i gcomparáid le haigéad láidir ag an tiúchan céanna, a thabharfadh pH 0.70. Tá thart ar an gcéadú cuid de thiúchan an hidróiniam ag an aigéad lag.

Sampla oibrithe: nuair a theipeann ar an ngearrbhealach agus a theastaíonn an chothromóid chearnach

Faigh pH aigéid nítriúil 0.0500 M, HNO₂, le Ka = 4.6 × 10⁻⁴ ó Aguisín H. Tugann an gearrbhealach x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M, arb ionann é agus 9.6 faoin gcéad de 0.0500. Teipeann air sin ar an tseiceáil 5 faoin gcéad, mar sin réitigh an chothromóid iomlán.

Athshocraigh 4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x) go x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0. Is í an fhréamh dhearfach x = 4.57 × 10⁻³ M, mar sin pH = 2.34 agus tá an t-aigéad 9.1 faoin gcéad ianaithe. Thabharfadh an gearrbhealach pH 2.32. Is cosúil gur beag difríocht 0.02, ach tá sí níos mó ná an beachtas 0.01 a thacaíonn na sonraí leis, mar sin is é freagra na cothromóide cearnaí an ceann le tuairisciú.

Riail ghinearálta thapa: is gnách go bhfuil an gearrbhealach sábháilte nuair atá an tiúchan tosaigh roinnte ar Ka os cionn cúpla céad. Anseo níl 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ ach thart ar 110, agus sin é an fáth ar theip air. Déan an tseiceáil 5 faoin gcéad gach uair mar sin féin.

Ardaíonn céatadán an ianúcháin de réir mar a chaolaítear an t-aigéad

Is é céatadán an ianúcháin [H₃O⁺] ag cothromaíocht roinnte ar thiúchan tosaigh an aigéid, iolraithe faoi 100. D'aigéad lag níl sé socraithe. Má réitítear an chothromóid iomlán d'aigéad aicéiteach, faightear 0.94 faoin gcéad ag 0.200 M, 3.0 faoin gcéad ag 0.0200 M agus 9.0 faoin gcéad ag 0.00200 M.

Is é prionsabal Le Chatelier curtha i bhfeidhm ar chaolú an chúis. Íslíonn caolú gach tiúchan, rud a íslíonn Q faoi bhun Ka, agus bogann an chothromaíocht i dtreo níos mó ian. Ardaíonn an pH fós le caolú, ó 2.72 go 3.23 go 3.74 sa tsraith seo, ach faoi thart ar leath aonaid amháin in aghaidh gach caolaithe faoi dheich, ní an t-aonad iomlán a d'fheicfeá d'aigéad láidir.

Sampla oibrithe: bonn lag agus a pOH

Faigh pH amóinia 0.120 M, le Kb = 1.8 × 10⁻⁵ ó Aguisín I. Tá an tábla ar an gcruth céanna le tábla aigéid, ach is hiodrocsaíd an táirge: [NH₄⁺] = [OH⁻] = x agus [NH₃] = 0.120 − x.

Ansin x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120, mar sin x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M. Tugann an tseiceáil 1.2 faoin gcéad, mar sin seasann an gearrbhealach. pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83, agus pH = 14.00 − 2.83 = 11.17. Is é an sleamhnú is coitianta anseo 2.83 a thuairisciú mar an pH. Caithfidh bonn pH os cionn 7 a thabhairt.

Salainn a n-imoibríonn a n-ianta le huisce

Do phéire aigéad–bonn comhchuingeach ar bith in uisce, Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ ag 25 °C. Dá láidre an t-aigéad, is laige a bhonn comhchuingeach. Ligeann sé seo duit tairiseach a fháil nach liostaíonn na táblaí.

Sampla oibrithe 1. Faigh pH aicéatáit sóidiam 0.100 M. Ní imoibríonn Na⁺ le huisce, ach is bonn lag é aicéatáit. Is é a Kb 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰. Ansin [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 agus pH = 8.87. Tá an tuaslagán beagán bunúsach.

Sampla oibrithe 2. Faigh pH clóiríd amóiniam 0.200 M. Is é Cl⁻ bonn comhchuingeach aigéid láidir agus níl aon éifeacht intomhaiste aige, ach is aigéad lag é NH₄⁺ le Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰. Ansin [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M, agus pH = 4.98.

• Catian ó bhonn láidir (Na⁺, K⁺) le hainian ó aigéad láidir (Cl⁻, NO₃⁻): neodrach.
• Catian ó bhonn láidir le hainian aigéid laig (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻): bunúsach.
• Catian atá ina aigéad comhchuingeach boinn laig (NH₄⁺) le hainian aigéid láidir: aigéadach.
• An dá ian imoibríoch: cuir Ka an chatiain i gcomparáid le Kb an ainiain. Cibé tairiseach is mó a bhuann.

Cailleann aigéid ilphrótacha a bprótóin ceann ar cheann

Tá Ka amháin do gach prótón ag aigéid ar nós aigéad carbónach, H₂CO₃, agus aigéad fosfarach, H₃PO₄, agus tá gach ceann i bhfad níos lú ná an ceann roimhe. D'aigéad carbónach, liostaíonn Aguisín H Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ agus Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹. Ós rud é go bhfuil Ka1 na mílte uair níos mó ná Ka2, tagann beagnach an hidróiniam go léir ón gcéad chéim.

Sampla oibrithe. D'aigéad carbónach 0.0330 M, caith leis an gcéad chéim mar aigéad lag aonair: [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M, mar sin pH = 3.92. Is ar éigean a athraíonn an dara céim é seo. Ós rud é go bhfuil [H₃O⁺] agus [HCO₃⁻] beagnach cothrom, cealaíonn siad i slonn Ka2, agus bíonn [CO₃²⁻] thart ar chomhionann le Ka2, 4.7 × 10⁻¹¹ M.

Earráidí aigéid laig agus boinn laig le faire amach dóibh

Sula gcríochnaíonn tú, fiafraigh díot féin an bhfuil ciall leis an bhfreagra. Ba cheart pH níos airde a bheith ag tuaslagán aigéid laig ná ag aigéad láidir den tiúchan céanna, agus pH níos ísle ag bonn lag ná ag bonn láidir.

• Caitheamh le haigéad lag mar aigéad láidir agus [H₃O⁺] a shocrú cothrom leis an tiúchan tosaigh.
• An tseiceáil 5 faoin gcéad a fhágáil ar lár tar éis x a fhágáil ar lár.
• pOH a thuairisciú mar pH do bhonn, nó dearmad a dhéanamh é a thiontú ag an deireadh.
• Ka a úsáid san áit a dteastaíonn Kb d'ainian salainn. Tiontaigh le Kw ar dtús.
• Caitheamh le Cl⁻, NO₃⁻ nó Na⁺ amhail is go n-athraíonn siad an pH.
• Hidróiniam an dara hianúcháin a chur le hianúchán an chéad cheann d'aigéad ilphrótach nuair atá Ka2 i bhfad níos lú ná Ka1.
• Níos mó ionad deachúlach a thuairisciú sa pH ná mar atá d'fhigiúirí suntasacha in Ka.