Kuchsiz kislotalar va asoslar: Ka va Kb dan pH gacha

Ka, Kb va ularning p-shkalalarini o'qish

Kuchsiz kislota HA uchun HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq) ionlanishi Ka = [H₃O⁺][A⁻]/[HA] doimiysiga ega. Suv erituvchi va u ifodaga kiritilmaydi. Kattaroq Ka kuchliroq kislotani bildiradi. Kuchsiz asos B uchun B(aq) + H₂O(l) ⇌ BH⁺(aq) + OH⁻(aq) reaksiyasi Kb = [BH⁺][OH⁻]/[B] ga ega.

Bu doimiylar o'nning ko'p darajalarini qamrab olgani uchun ular ko'pincha pKa = −log Ka va pKb = −log Kb ko'rinishida beriladi. Shkala teskari yo'nalishda: kichikroq pKa kuchliroq kislotani bildiradi. H ilovasi sirka kislota uchun Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (pKa 4.74), ftorid kislota uchun 6.4 × 10⁻⁴ (pKa 3.19) va sianid kislota uchun 4.9 × 10⁻¹⁰ (pKa 9.31) ni beradi. HF ning Ka i HCN nikidan taxminan million marta katta, garchi ikkalasi ham kuchsiz deb atalsa ham.

Yechilgan misol: kichik x qisqa yo'li bilan kuchsiz kislota pH i

0.200 M sirka kislota CH₃COOH ning pH ini toping. x ionlanadigan miqdor bo'lsin. Muvozanatda [H₃O⁺] = [CH₃COO⁻] = x va [CH₃COOH] = 0.200 − x. Suvning H₃O⁺ ga o'z hissasi (10⁻⁷ M) kislotanikiga nisbatan ahamiyatsiz.

1.8 × 10⁻⁵ = x² / (0.200 − x) deb yozing. Ka kichik bo'lgani uchun x 0.200 dan ancha kichik deb faraz qiling va uni maxrajdan tashlab yuboring. Unda x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.200 = 3.6 × 10⁻⁶ va x = 1.9 × 10⁻³ M. Tekshiruv: 1.9 × 10⁻³ / 0.200 1 foizdan sal kam, 5 foiz chegarasidan ancha past, shuning uchun qisqa yo'l o'rinli. pH = −log(1.9 × 10⁻³) = 2.72, ikki o'nli xonagacha yoziladi, chunki Ka da ikkita muhim raqam bor.

Buni pH 0.70 ni beradigan xuddi shu konsentratsiyadagi kuchli kislota bilan solishtiring. Kuchsiz kislotada gidroksoniy konsentratsiyasi taxminan yuz baravar kam.

Yechilgan misol: qisqa yo'l ishlamaganda va kvadrat tenglama kerak bo'lganda

H ilovasidan Ka = 4.6 × 10⁻⁴ bo'lgan 0.0500 M nitrit kislota HNO₂ ning pH ini toping. Qisqa yo'l x = √(4.6 × 10⁻⁴ × 0.0500) = 4.8 × 10⁻³ M ni beradi, bu 0.0500 ning 9.6 foizi. Bu 5 foizli tekshiruvdan o'tmaydi, shuning uchun to'liq tenglamani yeching.

4.6 × 10⁻⁴ = x² / (0.0500 − x) ni x² + (4.6 × 10⁻⁴)x − 2.3 × 10⁻⁵ = 0 ko'rinishiga keltiring. Musbat ildiz x = 4.57 × 10⁻³ M, shuning uchun pH = 2.34 va kislota 9.1 foiz ionlangan. Qisqa yo'l pH 2.32 ni bergan bo'lardi. 0.02 farq kichik ko'rinadi, lekin u ma'lumotlar imkon beradigan 0.01 aniqlikdan katta, shuning uchun yozilishi kerak bo'lgan javob kvadrat tenglama javobidir.

Tezkor amaliy qoida: boshlang'ich konsentratsiyaning Ka ga nisbati bir necha yuzdan katta bo'lganda qisqa yo'l odatda xavfsiz. Bu yerda 0.0500 / 4.6 × 10⁻⁴ atigi taxminan 110, shuning uchun u ishlamadi. Baribir 5 foizli tekshiruvni har safar bajaring.

Kislota suyultirilgan sari ionlanish foizi ortadi

Ionlanish foizi — muvozanatdagi [H₃O⁺] ning boshlang'ich kislota konsentratsiyasiga nisbatining 100 ga ko'paytmasi. Kuchsiz kislota uchun u o'zgarmas emas. Sirka kislota uchun to'liq tenglamani yechish 0.200 M da 0.94 foiz, 0.0200 M da 3.0 foiz va 0.00200 M da 9.0 foizni beradi.

Buning sababi suyultirishga qo'llangan Le Shatelye prinsipi. Suyultirish har bir konsentratsiyani kamaytiradi, bu Q ni Ka dan pastga tushiradi va muvozanat ko'proq ionlar tomonga siljiydi. Suyultirishda pH baribir ortadi, bu qatorda 2.72 dan 3.23 ga va 3.74 ga, lekin har o'n baravar suyultirishda kuchli kislotadagi kabi to'liq birlikka emas, atigi taxminan yarim birlikka.

Yechilgan misol: kuchsiz asos va uning pOH i

I ilovasidan Kb = 1.8 × 10⁻⁵ bo'lgan 0.120 M ammiakning pH ini toping. Jadval kislota uchun bo'lgani bilan bir xil shaklda, lekin mahsulot gidroksid: [NH₄⁺] = [OH⁻] = x va [NH₃] = 0.120 − x.

Unda x² = 1.8 × 10⁻⁵ × 0.120, shuning uchun x = [OH⁻] = 1.5 × 10⁻³ M. Tekshiruv 1.2 foizni beradi, shuning uchun qisqa yo'l o'rinli. pOH = −log(1.47 × 10⁻³) = 2.83 va pH = 14.00 − 2.83 = 11.17. Bu yerda eng keng tarqalgan xato 2.83 ni pH deb yozish. Asos 7 dan yuqori pH berishi kerak.

Ionlari suv bilan reaksiyaga kirishadigan tuzlar

Suvdagi har qanday qo'shma kislota–asos jufti uchun 25 °C da Ka × Kb = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴. Kislota qanchalik kuchli bo'lsa, uning qo'shma asosi shunchalik kuchsiz. Bu jadvallarda keltirilmagan doimiyni topish imkonini beradi.

1-yechilgan misol. 0.100 M natriy atsetatning pH ini toping. Na⁺ suv bilan reaksiyaga kirishmaydi, lekin atsetat kuchsiz asos. Uning Kb i 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰. Unda [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.100) = 7.5 × 10⁻⁶ M, pOH = 5.13 va pH = 8.87. Eritma kuchsiz ishqoriy.

2-yechilgan misol. 0.200 M ammoniy xloridning pH ini toping. Cl⁻ kuchli kislotaning qo'shma asosi va sezilarli ta'sir ko'rsatmaydi, lekin NH₄⁺ Ka = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ bo'lgan kuchsiz kislota. Unda [H₃O⁺] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.200) = 1.1 × 10⁻⁵ M va pH = 4.98.

• Kuchli asos kationi (Na⁺, K⁺) va kuchli kislota anioni (Cl⁻, NO₃⁻): neytral.
• Kuchli asos kationi va kuchsiz kislota anioni (CH₃COO⁻, F⁻, CN⁻): ishqoriy.
• Kuchsiz asosning qo'shma kislotasi bo'lgan kation (NH₄⁺) va kuchli kislota anioni: kislotali.
• Ikkala ion ham reaksiyaga kirishadi: kationning Ka sini anionning Kb si bilan taqqoslang. Qaysi doimiy katta bo'lsa, o'sha ustun keladi.

Ko'p asosli kislotalar protonlarini birma-bir yo'qotadi

Karbonat kislota H₂CO₃ va fosfat kislota H₃PO₄ kabi kislotalarda har bir proton uchun bittadan Ka bor va har biri oldingisidan ancha kichik. Karbonat kislota uchun H ilovasi Ka1 = 4.3 × 10⁻⁷ va Ka2 = 4.7 × 10⁻¹¹ ni keltiradi. Ka1 Ka2 dan minglab marta katta bo'lgani uchun gidroksoniyning deyarli hammasi birinchi bosqichdan keladi.

Yechilgan misol. 0.0330 M karbonat kislota uchun birinchi bosqichni yagona kuchsiz kislota deb qarang: [H₃O⁺] = √(4.3 × 10⁻⁷ × 0.0330) = 1.2 × 10⁻⁴ M, shuning uchun pH = 3.92. Ikkinchi bosqich buni deyarli o'zgartirmaydi. [H₃O⁺] va [HCO₃⁻] deyarli teng bo'lgani uchun ular Ka2 ifodasida qisqaradi va [CO₃²⁻] taxminan Ka2 ga, ya'ni 4.7 × 10⁻¹¹ M ga teng chiqadi.

Kuchsiz kislota va asoslardagi e'tibor berish kerak bo'lgan xatolar

Ishni tugatishdan oldin javob mantiqiymi, deb so'rang. Kuchsiz kislota eritmasining pH i xuddi shu konsentratsiyadagi kuchli kislotanikidan yuqori, kuchsiz asosniki esa kuchli asosnikidan past bo'lishi kerak.

• Kuchsiz kislotani kuchli deb hisoblash va [H₃O⁺] ni boshlang'ich konsentratsiyaga tenglashtirish.
• x ni tashlab yuborgandan keyin 5 foizli tekshiruvni o'tkazib yuborish.
• Asos uchun pOH ni pH deb yozish yoki oxirida o'tkazishni unutish.
• Tuz anioni uchun Kb kerak bo'lganda Ka dan foydalanish. Avval Kw bilan o'tkazing.
• Cl⁻, NO₃⁻ yoki Na⁺ ni pH ni o'zgartiradigandek hisoblash.
• Ka2 Ka1 dan ancha kichik bo'lganda ko'p asosli kislota uchun ikkinchi ionlanish gidroksoniysini birinchisiga qo'shish.
• pH da Ka dagi muhim raqamlardan ko'proq o'nli xona yozish.