- Ionisatiebalans
- Ka
- Henderson-Hasselbalch-vergelijking
- Gebruik
- Ionisatie constante oefeningen
- Oefening 1
- Oefening 2
- Oefening 3
- Referenties
De ionisatieconstante , dissociatieconstante of zuurconstante is een eigenschap die de neiging van een stof weergeeft om waterstofionen af te geven; dat wil zeggen, het is direct gerelateerd aan de sterkte van een zuur. Hoe hoger de waarde van de dissociatieconstante (Ka), hoe groter de afgifte van waterstofionen door het zuur.
Als het bijvoorbeeld om water gaat, staat de ionisatie ervan bekend als 'autoprotolyse' of 'auto-ionisatie'. Hier geeft een watermolecuul een H + aan een ander, waardoor de H 3 O + en OH - ionen worden geproduceerd , zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Bron: Cdang, van Wikimedia Commons
De dissociatie van een zuur uit een waterige oplossing kan op de volgende manier worden geschetst:
HA + H 2 O <=> H 3 O + + A -
Waar HA staat voor het zuur dat is geïoniseerd, H 3 O + het hydroniumion, en A - zijn geconjugeerde base. Als de Ka hoog is, zal meer van het HA dissociëren en zal er dus een hogere concentratie van het hydroniumion zijn. Deze toename van de zuurgraad kan worden bepaald door een verandering in de pH van de oplossing te observeren, waarvan de waarde lager is dan 7.
Ionisatiebalans
De dubbele pijlen in de bovenste chemische vergelijking geven aan dat er een balans is tussen reactanten en product. Omdat elk evenwicht een constante heeft, gebeurt hetzelfde met de ionisatie van een zuur en wordt als volgt uitgedrukt:
K = /
Thermodynamisch wordt de constante Ka gedefinieerd in termen van activiteiten, niet in concentraties. In verdunde waterige oplossingen is de activiteit van water echter ongeveer 1, en de activiteiten van het hydroniumion, de geconjugeerde base en het niet-gedissocieerde zuur liggen dicht bij hun molaire concentraties.
Om deze redenen werd het gebruik van de dissociatieconstante (ka) geïntroduceerd die de waterconcentratie niet omvat. Hierdoor kan de dissociatie van het zwakke zuur op een eenvoudigere manier worden geschematiseerd en wordt de dissociatieconstante (Ka) in dezelfde vorm uitgedrukt.
HA <=> H + + A -
Ka = /
Ka
De dissociatieconstante (Ka) is een uitdrukkingsvorm van een evenwichtsconstante.
De concentraties van het niet-gedissocieerde zuur, de geconjugeerde base en het hydronium- of waterstofion blijven constant zodra de evenwichtstoestand is bereikt. Aan de andere kant is de concentratie van de geconjugeerde base en die van het hydroniumion precies hetzelfde.
Hun waarden worden gegeven in machten van 10 met negatieve exponenten, dus werd een eenvoudigere en beter beheersbare vorm van Ka-expressie geïntroduceerd, die ze pKa noemden.
pKa = - log Ka
PKa wordt gewoonlijk de zuurdissociatieconstante genoemd. De pKa-waarde is een duidelijke indicatie van de sterkte van een zuur.
Die zuren met een pKa-waarde kleiner of negatiever dan -1,74 (pKa van het hydroniumion) worden als sterke zuren beschouwd. Hoewel zuren met een pKa groter dan -1,74, worden ze als niet-sterke zuren beschouwd.
Henderson-Hasselbalch-vergelijking
Er wordt een vergelijking afgeleid uit de Ka-uitdrukking die uitermate nuttig is bij analytische berekeningen.
Ka = /
Logaritmen nemen,
log Ka = log H + + log A - - log HA
En het oplossen van log H + :
-log H = - log Ka + log A - - log HA
Gebruik vervolgens de definities van pH en pKa, en hergroeperende termen:
pH = pKa + log (A - / HA)
Dit is de beroemde vergelijking van Henderson-Hasselbalch.
Gebruik
De Henderson-Hasselbach-vergelijking wordt gebruikt om de pH van buffers te schatten, evenals hoe de relatieve concentraties van geconjugeerde base en zuur de pH beïnvloeden.
Als de concentratie van de geconjugeerde base gelijk is aan de concentratie van het zuur, is de relatie tussen de concentraties van beide termen gelijk aan 1; en daarom is de logaritme gelijk aan 0.
Als gevolg hiervan is de pH = pKa, wat erg belangrijk is, aangezien in deze situatie het bufferrendement maximaal is.
De pH-zone waar de maximale buffercapaciteit is, wordt meestal genomen, die waar de pH = pka ± 1 pH-eenheid.
Ionisatie constante oefeningen
Oefening 1
De verdunde oplossing van een zwak zuur heeft de volgende concentraties in evenwicht: ongedissocieerd zuur = 0,065 M en geconjugeerde baseconcentratie = 9 · 10 -4 M. Bereken de Ka en pKa van het zuur.
De concentratie van het waterstofion of hydroniumion is gelijk aan de concentratie van de geconjugeerde base, aangezien ze afkomstig zijn van de ionisatie van hetzelfde zuur.
Vervanging in de vergelijking:
Ka = / HA
Vervanging in de vergelijking voor hun respectieve waarden:
Ka = (9 10-4 M) (9 10-4 M) / 65 10-3 M
= 1.246 10-5
En dan zijn pKa berekenen
pKa = - log Ka
= - log 1.246 10-5
= 4.904
Oefening 2
Een zwak zuur met een concentratie van 0,03 M heeft een dissociatieconstante (Ka) = 1,5 · 10-4 . Bereken: a) pH van de waterige oplossing; b) de ionisatiegraad van het zuur.
Bij evenwicht is de concentratie van het zuur gelijk aan (0,03 M - x), waarbij x de hoeveelheid zuur is die dissocieert. Daarom is de concentratie van waterstof of hydroniumion x, evenals de concentratie van de geconjugeerde base.
Ka = / = 1,5 10-6
= = x
Y = 0,03 M - x. De kleine waarde van Ka geeft aan dat het zuur waarschijnlijk zeer weinig dissocieerde, dus (0,03 M - x) is ongeveer gelijk aan 0,03 M.
Vervangen in 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
En aangezien x =
pH = - logboek
= - logboek
pH = 3,67
En tot slot, wat betreft de mate van ionisatie: deze kan worden berekend met behulp van de volgende uitdrukking:
o / HA] x 100%
(2,12 10-4 / 3 10-2 ) x 100%
0,71%
Oefening 3
Ik bereken Ka uit het ionisatiepercentage van een zuur, wetende dat het ioniseert met 4,8% vanaf een beginconcentratie van 1,5 · 10-3 M.
Om de hoeveelheid geïoniseerd zuur te berekenen, wordt de 4,8% bepaald.
Geïoniseerde hoeveelheid = 1,5 · 10-3 M (4,8 / 100)
= 7,2 x 10-5 M
Deze hoeveelheid geïoniseerd zuur is gelijk aan de concentratie van de geconjugeerde base en de concentratie van het hydronium- of waterstofion bij evenwicht.
De evenwichtszuurconcentratie = initiële zuurconcentratie - de hoeveelheid geïoniseerd zuur.
= 1,5 10-3 M - 7,2 10-5 M
= 1428 x 10-3 M
En dan oplossen met dezelfde vergelijkingen
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
= - logboek 3,63 x 10-6
= 5,44
Referenties
- Chemie LibreTexts. (sf). Dissociatieconstante. Hersteld van: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Dissociatieconstante. Hersteld van: en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) Achtste editie. Cengage leren.
- Segel IH (1975). Biochemische berekeningen. 2e. Editie. John Wiley & Sons. INC.
- Kabara E. (2018). Hoe de zuurionisatieconstante te berekenen. Studie. Hersteld van: study.com.