Chapter 15: Acids and Bases

Back to chapter

15.2:

Кислотно-щелочная сила и константы диссоциации

JoVE Core
Chimica

È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

JoVE Core Chimica

Acid/Base Strengths and Dissociation Constants

Video precedente
15.1: Bronsted-Lowry Acids and Bases

Video successivo
15.3: Water: A Bronsted-Lowry Acid and Base

Lingue

Condividere

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Кислоты и основания можно разделить на категории по тому, являются ли они сильной кислотой, сильным основанием, слабой кислотой или слабым основанием. Сильных кислот и оснований очень мало, поэтому большинство кислот и оснований слабые. Сильная кислота, такая как соляная кислота, при растворении в воде полностью диссоциирует на ионы водорода и ионы хлора.Сильное основание, такое как гидроксид натрия, полностью диссоциирует на ионы натрия и гидроксид-ионы. Слабые кислоты и основания частично диссоциируют и присутствуют как в ионизированной, так и в неионизированной форме. Например, и уксусная кислота, и слабое сопряженное с ней основание, ацетат, находятся в водном растворе.Степень диссоциации слабой кислоты или основания можно измерить, используя ее константу равновесия. Константа равновесия слабых кислот имеет особое название константа диссоциации кислоты, или Ka.Для обычной слабой кислоты в форме НА, Ka при заданной температуре можно рассчитать по уравнению равновесия:разделив концентрацию продуктов, иона A и иона гидроксония, на концентрацию исходных веществ, HA и воды. Поскольку вода является жидкой и ее концентрация в реакции практически не меняется, она исключается из уравнения.Чем выше Ка, тем сильнее кислота. Азотистая кислота сильнее уксусной кислоты, потому что Ка азотистой кислоты больше Ка уксусной кислоты. Константа равновесия для слабых оснований, константа диссоциации оснований, или Kb, действует аналогично Ka.Для обычного слабого основания B, Kb при данной температуре может быть определено путем деления концентрации продуктов, иона BH и гидроксид-иона, на концентрацию реагента B.Подобно кислотам, сила оснований также прямо пропорциональна Kb.Например, этиламин относительно сильнее мочевины, потому что Kb этиламина больше, чем Kb мочевины.Сила кислоты также может быть выражена в процентах ионизации. Процент ионизации кислоты можно рассчитать, разделив концентрацию ионов гидроксония в состоянии равновесия на начальную концентрацию кислоты и умножив ее на сто. Точно так же процент ионизации для оснований можно рассчитать, разделив концентрацию гидроксид-иона в состоянии равновесия на исходную концентрацию основания и умножив ее на сто.Чем выше процент ионизации, тем сильнее кислота или основание.

15.2:

Кислотно-щелочная сила и константы диссоциации

Относительная прочность кислоты или основание – это степень ее ионизации при растворении в воде. Если ионизационная реакция по существу завершена, кислота или основание называют сильной; если происходит относительно небольшая ионизация, кислота или основание слабы. Существует гораздо больше слабых кислот и оснований, чем сильных. Ниже перечислены наиболее распространенные сильные кислоты и основания:

Сильные кислоты	Сильное основание
HClO₄	LiOH
HCl	NaOH
HBr	KOH
HI	Ca(OH)₂
HNО₃	Sr(OH)₂
H₂SO₄	Ba(OH)₂

Относительные сильные стороны кислот можно количественно оценить, измерив их константы равновесия в водных растворах. В растворах той же концентрации более сильные кислоты ионизируются в большей степени и, таким образом, дают более высокую концентрацию ионов гидрония, чем более слабые кислоты. Константа равновесия для кислоты называется константой кислотоионизации, Ка. Для реакции кислоты HA:

константа ионизации кислоты записывается как

где концентрации находятся в равновесии. Несмотря на то, что вода является реагент в реакции, она также является растворителем, поэтому мы не включаем [H2O] в уравнение. Чем больше Ка кислоты, тем больше концентрация H3O⁺ и A^– относительно концентрации неионизированной кислоты, ГК, в равновесной смеси, и тем сильнее кислота. Кислота классифицируется как «сильная», когда она подвергается полной ионизации, в этом случае концентрация ГК равна нулю, а константа ионизации кислоты неизмеримо велика (Ka ≈ ∞). Частично ионизированные кислоты называются “слабыми”, и их константы ионизации кислоты могут быть экспериментально измерены.

Чтобы проиллюстрировать эту идею, ниже показаны три уравнения ионизации кислоты и значения Ка. Константы ионизации увеличиваются с первого до последнего из перечисленных уравнений, указывая на увеличение относительной кислотной силы в порядке CH3CO2H < HNО₂ < HSO₄^–_.

Другой мерой силы кислоты является ее процентная ионизация. Процентная ионизация слабой кислоты определяется по составу равновесной смеси:

Где числитель эквивалентен концентрации конъюгата кислоты основание (по стехиометрии, [A^–] = [H3O⁺]). В отличие от значения Ка, процентная ионизация слабой кислоты меняется с начальной концентрацией кислоты, обычно уменьшающейся по мере увеличения концентрации.

Так же, как и кислоты, относительная прочность основание отражается в величине его константы базовой ионизации (Kb) в водных растворах. В растворах с такой же концентрацией более сильные основания ионируют в большей степени, и таким образом дают более высокую концентрацию ионов гидроксида, чем более слабые основания. Более сильный основание имеет большую константу ионизации, чем более слабый основание. Для реакции основание, B: