អាស៊ីតខ្សោយ និងបាសខ្សោយ៖ ពី Ka និង Kb ទៅ pH

ការអាន Ka, Kb និងមាត្រដ្ឋាន p របស់វា

សម្រាប់អាស៊ីតខ្សោយ HA អ៊ីយ៉ូដកម្ម HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) មានថេរ Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA]។ ទឹកជាសារធាតុរំលាយ ហើយមិនត្រូវបានដាក់ចូលទេ។ Ka ធំជាងមានន័យថាអាស៊ីតខ្លាំងជាង។ សម្រាប់បាសខ្សោយ B ប្រតិកម្ម B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) មាន Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B]។

ដោយសារថេរទាំងនេះលាតសន្ធឹងលើស្វ័យគុណនៃដប់ជាច្រើន វាច្រើនតែត្រូវបានរាយការណ៍ជា pKa = −log Ka និង pKb = −log Kb។ មាត្រដ្ឋាននេះដំណើរការបញ្ច្រាស៖ pKa តូចជាងមានន័យថាអាស៊ីតខ្លាំងជាង។ ឧបសម្ព័ន្ធ H ផ្តល់ Ka = 1.8 × 10⁻⁵ សម្រាប់អាស៊ីតអាសេទិក (pKa 4.74), 6.4 × 10⁻⁴ សម្រាប់អាស៊ីតហ្វ្លុយអរីឌ្រិក (pKa 3.19) និង 4.9 × 10⁻¹⁰ សម្រាប់អាស៊ីតស៊ីយ៉ានីឌ្រិក (pKa 9.31)។ Ka របស់ HF ធំជាងរបស់ HCN ប្រហែលមួយលានដង ទោះបីជាទាំងពីរត្រូវបានហៅថាខ្សោយក៏ដោយ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ pH នៃអាស៊ីតខ្សោយដោយប្រើផ្លូវកាត់ x តូច

រក pH នៃអាស៊ីតអាសេទិក CH₃COOH 0.200 M។ តាង x ជាបរិមាណដែលអ៊ីយ៉ូដកម្ម។ នៅលំនឹង [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x និង [CH₃COOH] = 0.200 − x។ ការចូលរួមរបស់ទឹកផ្ទាល់ចំពោះ H₃O⁺ (10⁻⁷ M) អាចមិនគិតបាន បើធៀបនឹងរបស់អាស៊ីត។

សរសេរ 1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x)។ ដោយសារ Ka តូច សន្មតថា x តូចជាង 0.200 ឆ្ងាយ ហើយទម្លាក់វាចេញពីភាគបែង។ នោះ x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ និង x = 1.9 × 10⁻³ M។ ពិនិត្យ៖ 1.9 × 10⁻³ / 0.200 គឺតិចជាង 1 ភាគរយបន្តិច ក្រោមដែនកំណត់ 5 ភាគរយឆ្ងាយ ដូច្នេះផ្លូវកាត់ត្រឹមត្រូវ។ pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72 រាយការណ៍ជាពីរខ្ទង់ទសភាគ ព្រោះ Ka មានពីរខ្ទង់សំខាន់។

ប្រៀបធៀបលទ្ធផលនោះជាមួយអាស៊ីតខ្លាំងនៅកំហាប់ដូចគ្នា ដែលនឹងផ្តល់ pH 0.70។ អាស៊ីតខ្សោយមានកំហាប់ហ៊ីដ្រូញ៉ូមប្រហែលមួយភាគរយនៃអាស៊ីតខ្លាំង។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ នៅពេលផ្លូវកាត់បរាជ័យ ហើយអ្នកត្រូវការសមីការដឺក្រេទីពីរ

រក pH នៃអាស៊ីតនីត្រឺ HNO₂ 0.0500 M ដែលមាន Ka = 4.6 × 10⁻⁴ ពីឧបសម្ព័ន្ធ H។ ផ្លូវកាត់ផ្តល់ x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M ដែលស្មើ 9.6 ភាគរយនៃ 0.0500។ នោះមិនឆ្លងការពិនិត្យ 5 ភាគរយទេ ដូច្នេះត្រូវដោះស្រាយសមីការពេញលេញ។

រៀបចំ 4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x) ឡើងវិញជា x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0។ ឫសវិជ្ជមានគឺ x = 4.57 × 10⁻³ M ដូច្នេះ pH = 2.34 ហើយអាស៊ីតអ៊ីយ៉ូដកម្ម 9.1 ភាគរយ។ ផ្លូវកាត់នឹងផ្តល់ pH 2.32។ ភាពខុសគ្នា 0.02 មើលទៅតូច ប៉ុន្តែវាធំជាងភាពជាក់លាក់ 0.01 ដែលទិន្នន័យគាំទ្រ ដូច្នេះចម្លើយពីសមីការដឺក្រេទីពីរគឺជាចម្លើយដែលត្រូវរាយការណ៍។

ច្បាប់ប្រហាក់ប្រហែលរហ័សមួយ៖ ផ្លូវកាត់ជាធម្មតាមានសុវត្ថិភាព នៅពេលកំហាប់ចាប់ផ្តើមចែកនឹង Ka លើសពីពីរបីរយ។ នៅទីនេះ 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ មានត្រឹមតែប្រហែល 110 ដែលជាមូលហេតុដែលវាបរាជ័យ។ ទោះយ៉ាងណាត្រូវធ្វើការពិនិត្យ 5 ភាគរយរាល់ពេល។

ភាគរយអ៊ីយ៉ូដកម្មកើនឡើងនៅពេលអាស៊ីតត្រូវបានពនរ

ភាគរយអ៊ីយ៉ូដកម្មគឺ [H₃O⁺] នៅលំនឹងចែកនឹងកំហាប់អាស៊ីតចាប់ផ្តើម គុណនឹង 100។ សម្រាប់អាស៊ីតខ្សោយ វាមិនថេរទេ។ ការដោះស្រាយសមីការពេញលេញសម្រាប់អាស៊ីតអាសេទិកផ្តល់ 0.94 ភាគរយនៅ 0.200 M, 3.0 ភាគរយនៅ 0.0200 M និង 9.0 ភាគរយនៅ 0.00200 M។

មូលហេតុគឺគោលការណ៍លឺសាតឺលីយេដែលអនុវត្តចំពោះការពនរ។ ការពនរបន្ថយកំហាប់ទាំងអស់ ដែលបន្ថយ Q ឱ្យទាបជាង Ka ហើយលំនឹងរំកិលឆ្ពោះទៅរកអ៊ីយ៉ុងច្រើនជាង។ pH នៅតែកើនឡើងនៅពេលពនរ ពី 2.72 ទៅ 3.23 ទៅ 3.74 ក្នុងស៊េរីនេះ ប៉ុន្តែត្រឹមតែប្រហែលកន្លះឯកតាក្នុងការពនរដប់ដងនីមួយៗ មិនមែនមួយឯកតាពេញដូចដែលអ្នកនឹងឃើញសម្រាប់អាស៊ីតខ្លាំងទេ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ៖ បាសខ្សោយ និង pOH របស់វា

រក pH នៃអាម៉ូញាក់ 0.120 M ដែលមាន Kb = 1.8 × 10⁻⁵ ពីឧបសម្ព័ន្ធ I។ តារាងមានទម្រង់ដូចសម្រាប់អាស៊ីត ប៉ុន្តែផលិតផលគឺអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត៖ [NH₄⁺] = [OH⁻] = x និង [NH₃] = 0.120 − x។

បន្ទាប់មក x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120 ដូច្នេះ x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M។ ការពិនិត្យផ្តល់ 1.2 ភាគរយ ដូច្នេះផ្លូវកាត់ត្រឹមត្រូវ។ pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83 ហើយ pH = 14.00 − 2.83 = 11.17។ កំហុសទូទៅបំផុតនៅទីនេះ គឺការរាយការណ៍ 2.83 ជា pH។ បាសត្រូវតែផ្តល់ pH លើស 7។

អំបិលដែលអ៊ីយ៉ុងរបស់វាមានប្រតិកម្មជាមួយទឹក

សម្រាប់គូអាស៊ីត–បាសឆ្លាស់ណាមួយក្នុងទឹក Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ នៅ 25 °C។ អាស៊ីតកាន់តែខ្លាំង បាសឆ្លាស់របស់វាកាន់តែខ្សោយ។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យអ្នករកថេរដែលតារាងមិនបានរាយបញ្ជី។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 1។ រក pH នៃសូដ្យូមអាសេតាត 0.100 M។ Na⁺ មិនមានប្រតិកម្មជាមួយទឹកទេ ប៉ុន្តែអាសេតាតជាបាសខ្សោយ។ Kb របស់វាគឺ 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰។ បន្ទាប់មក [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 និង pH = 8.87។ សូលុយស្យុងមានលក្ខណៈបាសបន្តិច។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 2។ រក pH នៃអាម៉ូញ៉ូមក្លរួ 0.200 M។ Cl⁻ ជាបាសឆ្លាស់នៃអាស៊ីតខ្លាំង ហើយគ្មានឥទ្ធិពលដែលអាចវាស់បាន ប៉ុន្តែ NH₄⁺ ជាអាស៊ីតខ្សោយដែលមាន Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰។ បន្ទាប់មក [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M ហើយ pH = 4.98។

• កាទីយ៉ុងពីបាសខ្លាំង (Na⁺, K⁺) ជាមួយអានីយ៉ុងពីអាស៊ីតខ្លាំង (Cl⁻, NO₃⁻)៖ អព្យាក្រឹត។
• កាទីយ៉ុងពីបាសខ្លាំង ជាមួយអានីយ៉ុងនៃអាស៊ីតខ្សោយ (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻)៖ បាស។
• កាទីយ៉ុងដែលជាអាស៊ីតឆ្លាស់នៃបាសខ្សោយ (NH₄⁺) ជាមួយអានីយ៉ុងនៃអាស៊ីតខ្លាំង៖ អាស៊ីត។
• អ៊ីយ៉ុងទាំងពីរមានប្រតិកម្ម៖ ប្រៀបធៀប Ka នៃកាទីយ៉ុងជាមួយ Kb នៃអានីយ៉ុង។ ថេរណាធំជាង ថេរនោះឈ្នះ។

អាស៊ីតប៉ូលីប្រូទិកបាត់ប្រូតុងម្តងមួយ

អាស៊ីតដូចជាអាស៊ីតកាបូនិក H₂CO₃ និងអាស៊ីតផូស្វរិក H₃PO₄ មាន Ka មួយសម្រាប់ប្រូតុងនីមួយៗ ហើយ Ka នីមួយៗតូចជាង Ka មុនវាឆ្ងាយ។ សម្រាប់អាស៊ីតកាបូនិក ឧបសម្ព័ន្ធ H រាយបញ្ជី Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ និង Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹។ ដោយសារ Ka1 ធំជាង Ka2 រាប់ពាន់ដង ហ៊ីដ្រូញ៉ូមស្ទើរតែទាំងអស់មកពីជំហានទីមួយ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយ។ សម្រាប់អាស៊ីតកាបូនិក 0.0330 M ចាត់ទុកជំហានទីមួយជាអាស៊ីតខ្សោយតែមួយ៖ [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M ដូច្នេះ pH = 3.92។ ជំហានទីពីរស្ទើរតែមិនផ្លាស់ប្តូរលទ្ធផលនេះទេ។ ដោយសារ [H₃O⁺] និង [HCO₃⁻] ស្ទើរតែស្មើគ្នា វាលុបគ្នាក្នុងកន្សោម Ka2 ហើយ [CO₃²⁻] ចេញមកប្រហែលស្មើនឹង Ka2 គឺ 4.7 × 10⁻¹¹ M។

កំហុសអាស៊ីតខ្សោយ និងបាសខ្សោយដែលត្រូវប្រយ័ត្ន

មុនពេលអ្នកបញ្ចប់ ចូរសួរថាចម្លើយសមហេតុផលឬអត់។ សូលុយស្យុងអាស៊ីតខ្សោយគួរមាន pH ខ្ពស់ជាងអាស៊ីតខ្លាំងដែលមានកំហាប់ដូចគ្នា ហើយបាសខ្សោយគួរមាន pH ទាបជាងបាសខ្លាំង។

• ចាត់ទុកអាស៊ីតខ្សោយជាអាស៊ីតខ្លាំង ហើយកំណត់ [H₃O⁺] ស្មើនឹងកំហាប់ចាប់ផ្តើម។
• រំលងការពិនិត្យ 5 ភាគរយក្រោយពេលទម្លាក់ x។
• រាយការណ៍ pOH ជា pH សម្រាប់បាស ឬភ្លេចបម្លែងនៅចុងបញ្ចប់។
• ប្រើ Ka នៅកន្លែងដែលត្រូវការ Kb សម្រាប់អានីយ៉ុងនៃអំបិល។ បម្លែងដោយប្រើ Kw ជាមុនសិន។
• ចាត់ទុក Cl⁻, NO₃⁻ ឬ Na⁺ ហាក់ដូចជាវាផ្លាស់ប្តូរ pH។
• បូកហ៊ីដ្រូញ៉ូមពីអ៊ីយ៉ូដកម្មទីពីរទៅនឹងទីមួយ សម្រាប់អាស៊ីតប៉ូលីប្រូទិក នៅពេល Ka2 តូចជាង Ka1 ឆ្ងាយ។
• រាយការណ៍ខ្ទង់ទសភាគក្នុង pH ច្រើនជាងចំនួនខ្ទង់សំខាន់ក្នុង Ka។