- Cân bằng ion hóa
- Ka
- Phương trình Henderson-Hasselbalch
- Sử dụng
- Bài tập hằng số ion hóa
- Bài tập 1
- Bài tập 2
- Bài tập 3
- Người giới thiệu
Các ion hóa liên tục, liên tục phân ly hoặc liên tục axit, là một tài sản phản ánh xu hướng của một chất để các ion hydro phát hành; nghĩa là, nó liên quan trực tiếp đến độ mạnh của axit. Giá trị của hằng số phân ly (Ka) càng cao thì axit giải phóng ion hydro càng lớn.
Ví dụ, khi nói đến nước, sự ion hóa của nó được gọi là 'tự phân giải' hoặc 'tự động hóa'. Ở đây, một phân tử nước nhường H + cho một phân tử khác, tạo ra các ion H 3 O + và OH - , như thể hiện trong hình dưới đây.
Nguồn: Cdang, từ Wikimedia Commons
Sự phân ly của một axit từ dung dịch nước có thể được trình bày theo cách sau:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
Trong đó HA đại diện cho axit bị ion hóa, H 3 O + ion hydronium, và A - bazơ liên hợp của nó. Nếu Ka cao, HA sẽ phân ly nhiều hơn và do đó sẽ có nồng độ ion hydronium cao hơn. Sự gia tăng độ axit này có thể được xác định bằng cách quan sát sự thay đổi độ pH của dung dịch, giá trị của nó dưới 7.
Cân bằng ion hóa
Các mũi tên kép trong phương trình hóa học trên chỉ ra rằng cân bằng được thiết lập giữa chất phản ứng và sản phẩm. Vì mọi cân bằng đều có một hằng số, điều tương tự xảy ra với sự ion hóa của một axit và được biểu thị như sau:
K = /
Về mặt nhiệt động lực học, hằng số Ka được định nghĩa theo hoạt động, không phải nồng độ. Tuy nhiên, trong dung dịch nước loãng, hoạt độ của nước là xung quanh 1, và hoạt động của ion hydronium, bazơ liên hợp và axit không phân ly gần với nồng độ mol của chúng.
Vì những lý do này, việc sử dụng hằng số phân ly (ka) đã được đưa ra mà không bao gồm nồng độ nước. Điều này cho phép phân ly axit yếu được toán học một cách đơn giản hơn và hằng số phân ly (Ka) được biểu thị ở dạng tương tự.
HA <=> H + + A -
Ka = /
Ka
Hằng số phân ly (Ka) là một dạng biểu diễn của hằng số cân bằng.
Nồng độ của axit không phân ly, bazơ liên hợp và hydronium hoặc ion hydro không đổi khi đạt đến điều kiện cân bằng. Mặt khác, nồng độ của bazơ liên hợp và nồng độ của ion hydronium hoàn toàn giống nhau.
Các giá trị của chúng được cho dưới dạng lũy thừa của 10 với số mũ âm, do đó, một dạng biểu thức đơn giản và dễ quản lý hơn cho Ka đã được giới thiệu, chúng được gọi là pKa.
pKa = - log Ka
PKa thường được gọi là hằng số phân ly axit. Giá trị pKa là một dấu hiệu rõ ràng về độ mạnh của axit.
Những axit có giá trị pKa nhỏ hơn hoặc âm hơn -1,74 (pKa của ion hydronium) được coi là axit mạnh. Trong khi các axit có pKa lớn hơn -1,74, chúng được coi là axit không mạnh.
Phương trình Henderson-Hasselbalch
Một phương trình được suy ra từ biểu thức Ka cực kỳ hữu ích trong tính toán phân tích.
Ka = /
Tính logarit,
log Ka = log H + + log A - - log HA
Và giải cho log H + :
-log H = - log Ka + log A - - log HA
Sau đó, sử dụng các định nghĩa của pH và pKa, và nhóm lại các thuật ngữ:
pH = pKa + log (A - / HA)
Đây là phương trình Henderson-Hasselbalch nổi tiếng.
Sử dụng
Phương trình Henderson-Hasselbach được sử dụng để ước tính pH của chất đệm, cũng như nồng độ tương đối của bazơ liên hợp và axit ảnh hưởng như thế nào đến pH.
Khi nồng độ của bazơ liên hợp bằng nồng độ của axit thì mối quan hệ giữa nồng độ của cả hai số hạng đều bằng 1; và do đó logarit của nó bằng 0.
Do đó, pH = pKa, điều này rất quan trọng, vì trong tình huống này, hiệu suất đệm là tối đa.
Vùng pH nơi có khả năng đệm tối đa thường được lấy, nơi có pH = pka ± 1 đơn vị pH.
Bài tập hằng số ion hóa
Bài tập 1
Dung dịch loãng của một axit yếu có nồng độ sau khi cân bằng: axit không phân ly = 0,065 M và nồng độ bazơ liên hợp = 9 · 10 -4 M. Tính Ka và pKa của axit.
Nồng độ của ion hydro hoặc ion hydronium bằng với nồng độ của bazơ liên hợp, vì chúng sinh ra từ sự ion hóa của cùng một axit.
Thay thế vào phương trình:
Ka = / HA
Thay vào phương trình cho các giá trị tương ứng của chúng:
Ka = (9 10 -4 M) (9 10 -4 M) / 65 10 -3 M
= 1.246 10 -5
Và sau đó tính pKa của nó
pKa = - log Ka
= - log 1,246 10 -5
= 4,904
Bài tập 2
Một axit yếu với nồng độ 0,03 M có hằng số phân ly (Ka) = 1,5 · 10 -4 . Tính: a) pH của dung dịch nước; b) mức độ ion hóa của axit.
Ở trạng thái cân bằng, nồng độ của axit bằng (0,03 M - x), trong đó x là lượng axit phân ly. Do đó, nồng độ của hydro hoặc ion hydronium là x, cũng như nồng độ của bazơ liên hợp.
Ka = / = 1,5 10 -6
= = x
Y = 0,03 M - x. Giá trị nhỏ của Ka cho thấy axit có thể phân ly rất ít, do đó (0,03 M - x) xấp xỉ bằng 0,03 M.
Thay thế bằng Ka:
1,5 10 -6 = x 2/3 10 -2
x 2 = 4,5 10-8 M 2
x = 2,12 x 10 -4 M
Và kể từ khi x =
pH = - nhật ký
= - nhật ký
pH = 3,67
Và cuối cùng, về mức độ ion hóa: nó có thể được tính bằng cách sử dụng biểu thức sau:
o / HA] x 100%
(2,12 10 -4 / 3 10 -2 ) x 100%
0,71%
Bài tập 3
Tôi tính Ka từ phần trăm ion hóa của một axit, biết rằng nó ion hóa 4,8% so với nồng độ ban đầu là 1,5 · 10 -3 M.
Để tính lượng axit bị ion hóa, người ta xác định 4,8% của nó.
Lượng ion hóa = 1,5 · 10 -3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10 -5 M
Lượng axit bị ion hóa này bằng nồng độ của bazơ liên hợp và nồng độ của ion hydronium hoặc hydro ở trạng thái cân bằng.
Nồng độ axit cân bằng = nồng độ axit ban đầu - lượng axit bị ion hóa.
= 1,5 10 -3 M - 7,2 10 -5 M
= 1,428 x 10 -3 M
Và sau đó giải với các phương trình tương tự
Ka = /
Ka = (7,2 · 10 -5 M x 7,2 · 10 -5 M) / 1.428 · 10 -3 M
= 3,63 x 10 -6
pKa = - log Ka
= - log 3,63 x 10 -6
= 5,44
Người giới thiệu
- Hóa học LibreTexts. (sf). Hằng số phân ly. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Hằng số phân ly. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) Ấn bản thứ tám. Học tập Cengage.
- Segel IH (1975). Tính toán sinh hóa. lần 2. Phiên bản. John Wiley và các con trai. INC.
- Kabara E. (2018). Cách tính hằng số ion hóa axit. Học. Khôi phục từ: study.com.