De ionisatieconstante, dissociatieconstante of zuurgraadconstante, 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 levert een watermolecuul een H op+ naar een ander, waardoor de H-ionen worden geproduceerd3OF+ en OH-, zoals te zien in de onderstaande afbeelding.
De dissociatie van een zuur uit een waterige oplossing kan als volgt worden geschetst:
HA + HtweeOF <=> H.3OF+ + NAAR-
Waar HA staat voor het zuur dat ioniseert, H3OF+ naar het hydroniumion, en A- zijn geconjugeerde basis. 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.
Artikel index
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 het als volgt uitgedrukt:
K = [H3OF+][NAAR-] / [HA] [HtweeOF]
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.+ + NAAR-
Ka = [H+][NAAR-] / [HA]
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.
De waarden worden gegeven in machten van 10 met negatieve exponenten, dus een eenvoudigere en beter beheersbare vorm van expressie van Ka werd 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..
Een vergelijking die uitermate nuttig is bij analytische berekeningen, wordt afgeleid uit de uitdrukking voor Ka..
Ka = [H+][NAAR-] / [HA]
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 dan de definities van pH en pKa, en hergroeperende termen:
pH = pKa + log (A.- / HA)
Dit is de beroemde vergelijking van Henderson-Hasselbalch.
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.
Bijgevolg pH = pKa, hetgeen erg belangrijk is, aangezien in deze situatie het bufferrendement maximaal is..
De pH-zone waar de maximale buffercapaciteit is, wordt meestal genomen, degene waar de pH = pka ± 1 pH-eenheid.
De verdunde oplossing van een zwak zuur heeft de volgende concentraties in evenwicht: ongedissocieerd zuur = 0,065 M en concentratie van de geconjugeerde base = 9 · 10-4 M. Bereken de Ka en pKa van het zuur.
De concentratie van het waterstofion of het 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 = [H+][NAAR-] / HA
Vervanging in de vergelijking voor hun respectieve waarden:
Ka = (910-4 M) (910-4 M) / 6510-3 M.
= 1246 10-5
En dan zijn pKa berekenen
pKa = - log Ka
= - logboek 1.246 10-5
= 4.904
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 zuurconcentratie 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 = [H+][NAAR-] / [HA] = 1,5 · 10-6
[H.+] = [A-] = x
Y [HA] = 0,03 M-x. De kleine waarde van Ka geeft aan dat het zuur waarschijnlijk heel weinig dissocieert, dus (0,03 M - x) is ongeveer gelijk aan 0,03 M.
Vervangen in Ka:
1.5 10-6 = xtwee / 3 10-twee
Xtwee = 4,5 10-8 M.twee
x = 2,12 x 10-4 M.
En aangezien x = [H+
pH = - log [H+
= - logboek [2,12 x 10-4
pH = 3,67
En tot slot, wat betreft de mate van ionisatie: deze kan worden berekend met behulp van de volgende uitdrukking:
[H.+] of [A-] / HA] x 100%
(2.12 10-4 / 3 10-twee) x 100%
0,71%
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 zuur die wordt geïoniseerd 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 zuurconcentratie bij evenwicht = initiële zuurconcentratie - de hoeveelheid geïoniseerd zuur.
[HA] = 1,5 · 10-3 M - 7,2 10-5 M.
= 1428 x 10-3 M.
En dan oplossen met dezelfde vergelijkingen
Ka = [H+][NAAR-] / [HA]
Ka = (7,2 · 10-5 M x 7,2 10-5 M) / 1428 10-3 M.
= 3,63 x 10-6
pKa = - log Ka
= - logboek 3,63 x 10-6
= 5,44
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.