สมการไอออไนซ์อย่างต่อเนื่องโดยเฮนเดอร์สันฮัสเซลบอลช์และแบบฝึกหัด

ไอออนไนซ์คงที่ (หรือความร้าวฉาน) เป็นคุณสมบัติที่สะท้อนถึงแนวโน้มของสารที่จะปลดปล่อยไฮโดรเจนไอออน นั่นคือมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแข็งแรงของกรด ยิ่งค่าของค่าคงที่การแยกตัว (Ka) ยิ่งมากเท่าไรก็จะยิ่งปล่อยพันธะไฮโดรเจนด้วยกรดมากขึ้นเท่านั้น.

ตัวอย่างเช่นเมื่อพูดถึงน้ำอิออไนเซชันเรียกว่า 'autoprotolisis' หรือ 'autoionization' ที่นี่โมเลกุลของน้ำให้ H⁺ ไปยังอีกการผลิตไอออน H₃O⁺ และโอ้^-, อย่างที่คุณเห็นในภาพด้านล่าง.

การแยกตัวของกรดออกจากสารละลายที่เป็นน้ำสามารถกำหนดได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

HA + H₂O    <=>  H₃O⁺     +       ^-

โดยที่ HA แสดงถึงกรดที่แตกตัวเป็นไอออน H₃O⁺ ถึงไฮโดรเนียมไอออนและ A^- ฐานคอนจูเกต ถ้ากาสูงส่วนใหญ่ของ HA จะแยกตัวออกจากกันและจะมีความเข้มข้นของไอออนไฮโดรเนียมที่สูงขึ้น ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นนี้สามารถพิจารณาได้โดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของสารละลายซึ่งมีค่าต่ำกว่า 7.

ดัชนี

• 1 สมดุลการแตกตัวเป็นไอออน
  • 1.1 กะ
• 2 สมการเฮนเดอร์สัน - คาสเซิล
  • 2.1 การใช้
• 3 การออกกำลังกายคงที่ไอออนไนซ์
  • 3.1 การออกกำลังกาย 1
  • 3.2 การออกกำลังกาย 2
  • 3.3 การออกกำลังกาย 3
• 4 อ้างอิง

สมดุลอิออไนเซชัน

ลูกศรคู่ในสมการทางเคมีส่วนบนระบุว่ามีการสร้างสมดุลระหว่างสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ เมื่อความสมดุลทั้งหมดมีค่าคงที่จะเกิดขึ้นกับการแตกตัวเป็นไอออนของกรดและแสดงดังนี้

K = [H₃O⁺] [A^-] / [HA] [H₂O]

อุณหพลศาสตร์เป็นค่าคงที่กาถูกกำหนดในแง่ของกิจกรรมไม่ใช่ความเข้มข้น อย่างไรก็ตามในสารละลายน้ำเจือจางกิจกรรมของน้ำมีค่าประมาณ 1 และกิจกรรมของ hydronium ion, ฐาน conjugate และกรด undissociated อยู่ใกล้กับความเข้มข้นของฟันกราม.

ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงแนะนำให้ใช้ค่าคงที่การแยกตัว (ka) ที่ไม่รวมความเข้มข้นของน้ำ สิ่งนี้ช่วยให้การแยกตัวของกรดอ่อนสามารถทำให้เป็นเลือดได้ง่ายขึ้นและค่าคงที่การแยกตัว (Ka) จะแสดงออกในลักษณะเดียวกัน.

มันมี  <=> H⁺     +      ^-

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

ลำลูกกา

ค่าคงที่การแยกตัว (Ka) เป็นรูปแบบของการแสดงออกของค่าคงที่สมดุล.

ความเข้มข้นของกรดที่ไม่แยกตัว, คอนจูเกตเบสและไฮโดรเนียมหรือไฮโดรเจนไอออนจะยังคงอยู่อย่างต่อเนื่องเมื่อถึงสภาวะสมดุล ในทางกลับกันความเข้มข้นของคอนจูเกตฐานและไฮโดรเนียมไอออนจะเหมือนกันทุกประการ.

ค่าของพวกเขาจะได้รับในพลังของ 10 ที่มีเลขชี้กำลังเป็นลบดังนั้นจึงแนะนำรูปแบบ Ka ที่ง่ายขึ้นและจัดการได้ง่ายขึ้นซึ่งพวกเขาเรียกว่า pKa.

pKa = - บันทึก Ka

pKa นั้นโดยทั่วไปจะเรียกว่าค่าคงที่การแยกกรด ค่าของ pKa เป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนของความแข็งแรงของกรด.

กรดเหล่านั้นที่มีค่า pKa ต่ำกว่าหรือติดลบมากกว่า -1.74 (pKa ของ hydronium ion) นั้นถือเป็นกรดที่แข็งแกร่ง ในขณะที่กรดที่มี pKa มากกว่า -1.74 ถือว่าเป็นกรดที่ไม่รุนแรง.

สมการเฮนเดอร์สัน - คาสเซิล

จากการแสดงออกของ Ka สมการจะได้มาซึ่งเป็นยูทิลิตี้อันยิ่งใหญ่ในการคำนวณเชิงวิเคราะห์.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

การลอการิทึม,

log Ka = log H⁺  +   บันทึก^-   -   เข้าสู่ระบบ HA

และหักล้างบันทึก H⁺:

-log H = - log Ka + log A^-   -   เข้าสู่ระบบ HA

จากนั้นใช้คำจำกัดความของ pH และ pKa และจัดกลุ่มคำใหม่:

ค่า pH = pKa + บันทึก (A^- / HA)

นี่คือสมการเฮนเดอร์สัน - คาสเซิลที่มีชื่อเสียง.

ใช้

สมการเฮนเดอร์สัน - แฮสเซิลบาคใช้เพื่อประเมินค่าความเป็นกรดด่างของสารละลายบัฟเฟอร์รวมถึงวิธีที่มีอิทธิพลต่อความเข้มข้นสัมพัทธ์ของฐานคอนจูเกตและกรดในค่า pH.

เมื่อความเข้มข้นของเบสคอนจูเกตเท่ากับความเข้มข้นของกรดอัตราส่วนระหว่างความเข้มข้นของคำทั้งสองเท่ากับ 1 ดังนั้นลอการิทึมของมันจึงเท่ากับ 0.

ด้วยเหตุนี้ pH = pKa จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากในสถานการณ์นี้ประสิทธิภาพของบัฟเฟอร์สูงสุด.

โดยปกติแล้วจะใช้โซน pH ที่มีความจุบัฟเฟอร์สูงสุดซึ่งหน่วย pH = pka ± 1 pH.

การออกกำลังกายไอออนไนซ์อย่างต่อเนื่อง

แบบฝึกหัดที่ 1

สารละลายที่เจือจางของกรดอ่อนมีความเข้มข้นต่อไปนี้ที่สมดุล: กรดไม่แยก = 0.065 M และความเข้มข้นฐานผันผัน = 9 · 10^-4 M. คำนวณค่า Ka และ pKa ของกรด.

ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนหรือไฮโดรเนียมไอออนเท่ากับความเข้มข้นของฐานคอนจูเกตเนื่องจากพวกมันมาจากการแตกตัวเป็นไอออนของกรดเดียวกัน.

แทนในสมการ:

Ka = [H⁺] [A^-] / HA

การแทนที่ในสมการสำหรับค่าที่เกี่ยวข้อง:

Ka = (9 · 10^-4 M) (9 · 10^-4 M) / 65 · 10^-3 M

= 1,246 · 10^-5

แล้วคำนวณค่า pKa ของมัน

pKa = - บันทึก Ka

= - บันทึก 1,246 · 10^-5

= 4,904

แบบฝึกหัดที่ 2

กรดอ่อนที่มีความเข้มข้น 0.03 M มีค่าคงที่การแตกตัว (Ka) = 1.5 · 10^-4. คำนวณ: a) pH ของสารละลายที่เป็นน้ำ; b) ระดับของอิออไนเซชันของกรด.

ที่สมดุลความเข้มข้นของกรดเท่ากับ (0.03 M - x) โดยที่ x คือปริมาณของกรดที่แยกตัว ดังนั้นความเข้มข้นของไฮโดรเจนหรือไฮโดรเนียมไอออนคือ x เช่นเดียวกับความเข้มข้นของฐานคอนจูเกต.

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA] = 1.5 · 10^-6

[H⁺] = [A^-] = x

Y [HA] = 0.03 M - x ค่าเล็กน้อยของ Ka บ่งชี้ว่ากรดอาจแยกตัวออกได้น้อยมากดังนั้น (0.03 M - x) มีค่าประมาณเท่ากับ 0.03 M.

แทนในกา:

1,5 · 10^-6 = x² / 3 · 10^-2

x² = 4.5 · 10^-8 M²

x = 2.12 x 10^-4 M

และเป็น x = [H⁺]

pH = - บันทึก [H⁺]

= - บันทึก [2.12 x 10^-4]

pH = 3.67

และสุดท้ายเกี่ยวกับระดับของการแตกตัวเป็นไอออน: มันสามารถคำนวณได้โดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้:

[H⁺] หรือ [A^-] / HA] x 100%

(2.12 · 10^-4 / 3 · 10^-2) x 100%

0,71%

แบบฝึกหัด 3

ฉันคำนวณกะจากเปอร์เซ็นต์ของการแตกตัวเป็นไอออนของกรดโดยรู้ว่ามันถูกทำให้เป็นไอออนโดย 4.8% จากความเข้มข้นเริ่มต้นที่ 1.5 · 10^-3 M.

ในการคำนวณปริมาณกรดที่ถูกทำให้เป็นไอออนจะถูกกำหนดเป็น 4.8%.

ปริมาณแตกตัวเป็นไอออน = 1.5 · 10^-3 M (4.8 / 100)

= 7.2 x 10^-5 M

ปริมาณของกรดอิออไนเซชันนี้เท่ากับความเข้มข้นของเบสคอนจูเกตและความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนหรือไฮโดรเจนไอออนในสมดุล.

ความเข้มข้นของกรดในสมดุล = ความเข้มข้นเริ่มต้นของกรด - ปริมาณของกรดไอออไนซ์.

[HA] = 1.5 · 10^-3 M - 7.2 · 10^-5 M

= 1,428 x 10^-3 M

แล้วแก้ด้วยสมการเดียวกัน

Ka = [H⁺] [A^-] / [HA]

Ka = (7.2 · 10^-5 M x 7.2 · 10^-5 M) / 1,428 · 10^-3 M

= 3.63 x 10^-6

pKa = - บันทึก Ka

= - บันทึก 3.63 x 10^-6

= 5.44

การอ้างอิง

1. เคมีเคมี ( N.d. ) ค่าคงที่การแยกตัว ดึงมาจาก: chem.libretexts.org
2. วิกิพีเดีย (2018) ค่าคงที่การแยกตัว สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Whitten, K. W. , Davis, R.E, Peck, L. P. และ Stanley, G. G. เคมี (2008) รุ่นที่แปด เรียนรู้ Cengage.
4. Segel I. H. (1975) การคำนวณทางชีวเคมี ครั้งที่ 2 ฉบับ John Wiley & Sons INC.
5. Kabara E. (2018) วิธีการคำนวณค่าความเป็นกรดเป็นไอออนคงที่ การศึกษา ดึงมาจาก: study.com.