Back to chapter

15.8:

Zwakke Basen

JoVE Core
Chimie
Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu.  Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.
JoVE Core Chimie
Weak Base Solutions

Langues

Diviser

Een zwakke base, zoals ammoniak, is een Brønsted-base die een proton uit water accepteert om het hydroxide-ion te produceren. Zwakke basen reageren gedeeltelijk met water volgens hun baseconstante, Kb, die 1, 76 10⁻⁵ is voor ammoniak. De Kb voor ammoniak kan worden uitgedrukt als de ammoniumionenconcentratie maal de hydroxideionenconcentratie gedeeld door de ammoniakconcentratie bij evenwicht.Kb kan worden gebruikt om de hydroxide-ionenconcentratie in een zwakke baseoplossing te bepalen en daarmee de pOH en pH van de oplossing. De hydroxide-ionenconcentratie en pH van 0, 23 M ammoniakoplossing kunnen worden bepaald aan de hand van de baseconstante en door een ICE-tabel op te stellen met de begin-en evenwichtswaarden van de ammoniak-ammoniumionen en hydroxide-ionen. Als evenwichtsconcentraties in de Kb-uitdrukking worden vervangen, is Kb gelijk aan x keer x gedeeld door 0, 23 min x.Omdat zwakke basen een gedeeltelijke dissociatie vertonen, kan 0, 23 min x worden beschouwd als ongeveer 0, 23. Als de vergelijking is opgelost, is x gelijk aan 2 10⁻³ molair. De benadering 0, 23 min x is gelijk aan 0, 23 is hier geldig aangezien de hydroxide-ionenconcentratie slechts 0, 86%van 0, 23 molair is.Om de pH van deze oplossing te berekenen, moet je eerst de pOH bepalen door de negatieve log van de hydroxide-ionenconcentratie te nemen, die gelijk is aan 2, 70. De pH kan worden bepaald met de formule:pH plus pOH gelijk aan 14 en berekend op 11, 30. De Kb voor een zwakke base-oplossing kan worden berekend als de pH van de zwakke base-oplossing bekend is.Methylamine is een zwakke base die in water gedeeltelijk dissocieert in methylammoniumionen en hydroxide-ionen. De Kb voor methylamine kan worden uitgedrukt als de methylammoniumionconcentratie maal de hydroxide-ionconcentratie gedeeld door de concentratie methylamine bij evenwicht. Om de Kb van een 0, 040 molaire methylamine-oplossing met pH 11, 6 te berekenen, moet eerst de pOH worden berekend, gevolgd door de hydroxide-ionenconcentratie.Omdat de pH 11, 60 is, is de pOH 2, 40 en de hydroxide-ionenconcentratie is 4, 0 10⁻³. De ICE-tabel kan worden samengesteld uit de begin-en evenwichtsconcentraties van methylamine, methylammonium en hydroxide. Het vervangen van evenwichtsconcentraties in de uitdrukking voor de Kb levert een waarde op voor Kb, die 4, 4 10⁻⁴ is.

15.8:

Zwakke Basen

Some compounds produce hydroxide ions when dissolved by chemically reacting with water molecules. In all cases, these compounds react only partially and so are classified as weak bases. These types of compounds are also abundant in nature and important commodities in various technologies. For example, global production of the weak base ammonia is typically well over 100 metric tons annually, being widely used as an agricultural fertilizer, a raw material for chemical synthesis of other compounds, and an active ingredient in household cleaners. When dissolved in water, ammonia reacts partially to yield hydroxide ions, as shown here:

Eq1

This is, by definition, an acid-base reaction, in this case involving the transfer of H+ ions from water molecules to ammonia molecules. Under typical conditions, only about 1% of the dissolved ammonia is present as NH4+ ions.

Calculating Hydroxide Ion Concentrations and pOH in a Weak Base Solution

Find the concentration of hydroxide ion, the pOH, and the pH of a 0.25 M solution of trimethylamine, a weak base:

Eq2

The ICE table for this system is

(CH3)3N (aq) (CH3)3NH+ (aq) OH(aq)
Initial Concentration (M) 0.25 0 ~0
Change (M) −x +x +x
Equilibrium Concentration (M) 0.25 − x 0 + x ~0 + x

Substituting the equilibrium concentration terms into the Kb expression gives

Eq3

Assuming x << 0.25 and solving for x yields

Eq4

This value is less than 5% of the initial concentration (0.25), so the assumption is justified.

As defined in the ICE table, x is equal to the equilibrium concentration of hydroxide ion:

Eq5

The pOH is calculated to be

Eq6

Using the relation;

Eq7

permits the computation of pH:

Eq8

Determination of Kb from pH

If the pH of 0.28 M solution of ethylamine (C2H5NH2) is 12.10, what is its Kb?

Eq9

To calculate the Kb of ethylamine, first the pOH and the hydroxide ion concentration need to be determined. As the pH is 12.10, the pOH can be calculated as follows:

Eq10

As the pOH is 1.90, the hydroxide ion concentration of the solution can be calculated using the formula

Eq11

The ICE table can be constructed for this system as follows

C2H5NH2 (aq) C2H5NH3+ (aq) OH(aq)
Initial Concentration (M) 0.28 0 ~0
Change (M) −0.0126 +0.0126 +0.0126
Equilibrium Concentration (M) 0.28 − 0.0126 0.0126 0.0126

As the 0.0126 M is 4.5% of 0.28 M, 0.28 − 0.0126 can be considered as almost equal to 0.28 M by the 5% rule.

After substituting the above values in the expression for the Kb of ethylamine,

Eq12

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e Section 4.2: Classifying Chemical Reactions and 14.3 Relative Strengths of Acids and Bases.