දුබල අම්ල සහ භස්ම: Ka සහ Kb සිට pH දක්වා

Ka, Kb සහ ඒවායේ p-පරිමාණ කියවීම

දුබල අම්ලයක් HA සඳහා, HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) අයනීකරණයට Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] නියතය ඇත. ජලය ද්‍රාවකය වන අතර එය අත්හරිනු ලැබේ. විශාල Ka යනු ප්‍රබල අම්ලයකි. දුබල භස්මයක් B සඳහා, B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) ප්‍රතික්‍රියාවට Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B] ඇත.

මෙම නියත දහයේ බල රාශියක් පුරා විහිදෙන බැවින්, ඒවා බොහෝ විට pKa = −log Ka සහ pKb = −log Kb ලෙස වාර්තා කෙරේ. පරිමාණය පසුපසට ක්‍රියා කරයි: කුඩා pKa යනු ප්‍රබල අම්ලයකි. ඇමුණුම H ඇසිටික් අම්ලය සඳහා Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (pKa 4.74), හයිඩ්‍රොෆ්ලෝරික් අම්ලය සඳහා 6.4 × 10⁻⁴ (pKa 3.19) සහ හයිඩ්‍රොසයනික් අම්ලය සඳහා 4.9 × 10⁻¹⁰ (pKa 9.31) ලබා දෙයි. දෙකම දුබල ලෙස හැඳින්වුවද, HF හි Ka HCN හි අගය මෙන් මිලියන ගුණයක් පමණ විශාලය.

විසඳූ උදාහරණය: කුඩා-x කෙටිමග සමඟ දුබල අම්ලයක pH

0.200 M ඇසිටික් අම්ලය, CH₃COOH, හි pH සොයන්න. අයනීකරණය වන ප්‍රමාණය x ලෙස ගන්න. සමතුලිතතාවයේදී [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x සහ [CH₃COOH] = 0.200 − x. H₃O⁺ සඳහා ජලයේම දායකත්වය (10⁻⁷ M) අම්ලයේ දායකත්වය අසල නොසලකා හැරිය හැකිය.

1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x) ලියන්න. Ka කුඩා බැවින්, x, 0.200 ට වඩා බොහෝ අඩු යැයි උපකල්පනය කර එය හරයෙන් ඉවත් කරන්න. එවිට x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ සහ x = 1.9 × 10⁻³ M. පරීක්ෂාව: 1.9 × 10⁻³ / 0.200 ප්‍රතිශත 1 ට මඳක් අඩු වන අතර, ප්‍රතිශත 5 සීමාවට වඩා බෙහෙවින් අඩු බැවින්, කෙටිමග වලංගු වේ. pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72, Ka ට සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකක් ඇති බැවින් දශමස්ථාන දෙකකට වාර්තා කර ඇත.

එය එකම සාන්ද්‍රණයේ ඇති ප්‍රබල අම්ලයක් සමඟ සසඳන්න, එය pH 0.70 ලබා දෙනු ඇත. දුබල අම්ලයට ඇත්තේ හයිඩ්‍රෝනියම් සාන්ද්‍රණයෙන් සියයෙන් එකක් පමණි.

විසඳූ උදාහරණය: කෙටිමග අසාර්ථක වී ඔබට වර්ගජ සමීකරණය අවශ්‍ය වන විට

ඇමුණුම H වලින් Ka = 4.6 × 10⁻⁴ සමඟ 0.0500 M නයිට්‍රස් අම්ලය, HNO₂, හි pH සොයන්න. කෙටිමග x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M ලබා දෙයි, එය 0.0500 න් ප්‍රතිශත 9.6 කි. එය ප්‍රතිශත 5 පරීක්ෂාව අසමත් වන බැවින්, සම්පූර්ණ සමීකරණය විසඳන්න.

4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x), x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0 ලෙස නැවත සකසන්න. ධන මූලය x = 4.57 × 10⁻³ M වන බැවින්, pH = 2.34 වන අතර අම්ලය ප්‍රතිශත 9.1 ක් අයනීකරණය වී ඇත. කෙටිමග pH 2.32 ලබා දෙනු ඇත. 0.02 ක වෙනසක් කුඩා ලෙස පෙනුණත්, එය දත්ත සහාය දක්වන 0.01 නිරවද්‍යතාවයට වඩා විශාල බැවින්, වාර්තා කළ යුත්තේ වර්ගජ පිළිතුරයි.

ඉක්මන් දළ රීතියක්: ආරම්භක සාන්ද්‍රණය Ka වලින් බෙදූ විට සිය ගණන් කිහිපයකට වඩා වැඩි නම් කෙටිමග සාමාන්‍යයෙන් ආරක්ෂිතය. මෙහි 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ ආසන්න වශයෙන් 110 ක් පමණක් වන අතර, එය අසාර්ථක වූයේ එබැවිනි. එසේ වුවද සෑම විටම ප්‍රතිශත 5 පරීක්ෂාව කරන්න.

අම්ලය තනුක කරන විට ප්‍රතිශත අයනීකරණය ඉහළ යයි

ප්‍රතිශත අයනීකරණය යනු සමතුලිතතාවයේදී [H₃O⁺] ආරම්භක අම්ල සාන්ද්‍රණයෙන් බෙදා 100 න් ගුණ කළ අගයයි. දුබල අම්ලයක් සඳහා එය නියත නොවේ. ඇසිටික් අම්ලය සඳහා සම්පූර්ණ සමීකරණය විසඳීමෙන් 0.200 M හිදී ප්‍රතිශත 0.94 ක්, 0.0200 M හිදී ප්‍රතිශත 3.0 ක් සහ 0.00200 M හිදී ප්‍රතිශත 9.0 ක් ලැබේ.

හේතුව තනුකරණයට යෙදූ ලෙ ෂැටලියේ මූලධර්මයයි. තනුක කිරීම සෑම සාන්ද්‍රණයක්ම අඩු කරන අතර, එය Q, Ka ට පහළට අඩු කරයි, සහ සමතුලිතතාව වැඩි අයන දෙසට විතැන් වේ. මෙම ශ්‍රේණියේ 2.72 සිට 3.23 දක්වා සහ 3.74 දක්වා, තනුකරණයේදී pH තවමත් ඉහළ යයි, නමුත් ප්‍රබල අම්ලයක් සඳහා ඔබ දකින සම්පූර්ණ ඒකකය නොව, දස ගුණ තනුකරණයකට ඒකකයෙන් අඩක් පමණක් ඉහළ යයි.

විසඳූ උදාහරණය: දුබල භස්මයක් සහ එහි pOH

ඇමුණුම I වලින් Kb = 1.8 × 10⁻⁵ සමඟ 0.120 M ඇමෝනියා වල pH සොයන්න. වගුව අම්ලයක් සඳහා වන හැඩයම ගන්නා නමුත්, ඵලය හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් වේ: [NH₄⁺] = [OH⁻] = x සහ [NH₃] = 0.120 − x.

එවිට x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120, එබැවින් x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M. පරීක්ෂාව ප්‍රතිශත 1.2 ක් ලබා දෙන බැවින්, කෙටිමග වලංගු වේ. pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83, සහ pH = 14.00 − 2.83 = 11.17. මෙහි වඩාත් සුලබ වරද 2.83 pH ලෙස වාර්තා කිරීමයි. භස්මයක් 7 ට වඩා ඉහළ pH අගයක් ලබා දිය යුතුය.

අයන ජලය සමඟ ප්‍රතික්‍රියා කරන ලවණ

ජලයේ ඇති ඕනෑම සංයුග්මී අම්ල–භස්ම යුගලයක් සඳහා, 25 °C හිදී Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴. අම්ලය කෙතරම් ප්‍රබලද, එහි සංයුග්මී භස්මය එතරම් දුබල වේ. වගු ලැයිස්තුගත නොකරන නියතයක් සොයා ගැනීමට මෙය ඔබට ඉඩ සලසයි.

විසඳූ උදාහරණය 1. 0.100 M සෝඩියම් ඇසිටේට් වල pH සොයන්න. Na⁺ ජලය සමඟ ප්‍රතික්‍රියා නොකරන නමුත්, ඇසිටේට් දුබල භස්මයකි. එහි Kb 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ වේ. එවිට [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 සහ pH = 8.87. ද්‍රාවණය මෘදු ලෙස භාස්මික වේ.

විසඳූ උදාහරණය 2. 0.200 M ඇමෝනියම් ක්ලෝරයිඩ් වල pH සොයන්න. Cl⁻ ප්‍රබල අම්ලයක සංයුග්මී භස්මය වන අතර මැනිය හැකි බලපෑමක් නැත, නමුත් NH₄⁺ යනු Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ ඇති දුබල අම්ලයකි. එවිට [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M, සහ pH = 4.98.

• ප්‍රබල භස්මයකින් ලැබෙන කැටායනය (Na⁺, K⁺) ප්‍රබල අම්ලයකින් ලැබෙන ඇනායනය (Cl⁻, NO₃⁻) සමඟ: උදාසීන.
• ප්‍රබල භස්මයකින් ලැබෙන කැටායනය දුබල අම්ලයක ඇනායනය (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻) සමඟ: භාස්මික.
• දුබල භස්මයක සංයුග්මී අම්ලය වන කැටායනය (NH₄⁺) ප්‍රබල අම්ලයක ඇනායනය සමඟ: ආම්ලික.
• අයන දෙකම ප්‍රතික්‍රියාශීලී: කැටායනයේ Ka ඇනායනයේ Kb සමඟ සසඳන්න. විශාල නියතය කුමක් වුවත් එය ජය ගනී.

බහුප්‍රෝටික අම්ල ඒවායේ ප්‍රෝටෝන වරකට එක බැගින් අහිමි කරයි

කාබොනික් අම්ලය, H₂CO₃, සහ පොස්පොරික් අම්ලය, H₃PO₄, වැනි අම්ල වලට සෑම ප්‍රෝටෝනයක් සඳහාම එක් Ka බැගින් ඇති අතර, සෑම එකක්ම එයට පෙර එකට වඩා බොහෝ කුඩාය. කාබොනික් අම්ලය සඳහා, ඇමුණුම H Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ සහ Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹ ලැයිස්තුගත කරයි. Ka1, Ka2 ට වඩා දහස් ගුණයකින් විශාල බැවින්, හයිඩ්‍රෝනියම් සියල්ලම පාහේ පැමිණෙන්නේ පළමු පියවරෙනි.

විසඳූ උදාහරණය. 0.0330 M කාබොනික් අම්ලය සඳහා, පළමු පියවර තනි දුබල අම්ලයක් ලෙස සලකන්න: [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M, එබැවින් pH = 3.92. දෙවන පියවර මෙය යන්තම් වෙනස් කරයි. [H₃O⁺] සහ [HCO₃⁻] බොහෝ දුරට සමාන බැවින්, ඒවා Ka2 ප්‍රකාශනයේ කැපී යන අතර, [CO₃²⁻] ආසන්න වශයෙන් Ka2 ට, 4.7 × 10⁻¹¹ M ට, සමාන වේ.

සැලකිලිමත් විය යුතු දුබල අම්ල සහ භස්ම වැරදි

ඔබ අවසන් කිරීමට පෙර, පිළිතුර අර්ථවත්දැයි අසන්න. දුබල අම්ල ද්‍රාවණයකට එකම සාන්ද්‍රණයේ ඇති ප්‍රබල අම්ලයකට වඩා ඉහළ pH අගයක් ද, දුබල භස්මයකට ප්‍රබල භස්මයකට වඩා අඩු pH අගයක් ද තිබිය යුතුය.

• දුබල අම්ලයක් ප්‍රබල එකක් ලෙස සලකා [H₃O⁺] ආරම්භක සාන්ද්‍රණයට සමාන කිරීම.
• x ඉවත් කිරීමෙන් පසු ප්‍රතිශත 5 පරීක්ෂාව මඟ හැරීම.
• භස්මයක් සඳහා pOH, pH ලෙස වාර්තා කිරීම, හෝ අවසානයේ පරිවර්තනය කිරීමට අමතක කිරීම.
• ලවණයක ඇනායනය සඳහා Kb අවශ්‍ය තැන Ka භාවිත කිරීම. පළමුව Kw සමඟ පරිවර්තනය කරන්න.
• Cl⁻, NO₃⁻ හෝ Na⁺ pH වෙනස් කරන ලෙස සැලකීම.
• Ka2, Ka1 ට වඩා බොහෝ කුඩා වන විට, බහුප්‍රෝටික අම්ලයක් සඳහා දෙවන අයනීකරණයේ හයිඩ්‍රෝනියම් පළමුවැන්නට එකතු කිරීම.
• Ka හි සැලකිය යුතු ඉලක්කම් ඇති ප්‍රමාණයට වඩා වැඩි දශමස්ථාන pH හි වාර්තා කිරීම.