Główna zawartość

Chemia - program rozszerzony

Kurs: Chemia - program rozszerzony > Rozdział 12

Lekcja 2: Równowaga kwasowo-zasadowa

Związek pomiędzy Ka i Kb

Związek między Ka słabego kwasu i Kb sprzężonej z nim zasady. Wzór na przeliczanie Ka na Kb i pKa na pKb.

Kluczowe informacje

Dla par sprzężonych ze sobą kwasów i zasad, stała dysocjacji kwasu

K_{a}

i stała jonizacji zasady

K_{b}

są powiązane za pomocą następujących równań:

$K_{a} \cdot K_{b} = K_{w}$ ‍
gdzie $K_{w}$ ‍ jest stałą autodysocjacji

$p K_{a} + p K_{b} = 14 w 25^{\circ} C$ ‍

Wstęp: Słabe kwasy i zasady dysocjują odwracalnie

Słabe kwasy, zazwyczaj zapisywane, jako

HA

, są donorami

H^{+}

(protonów) do wody i tworzą sprzężoną zasadę

A^{-}

H_{3} O^{+}

[Nie rozumiem różnicy między mocnymi i słabymi kwasami!]

HA (a q) + H_{2} O (l) ⇌ H_{3} O^{+} (a q) + A^{-} (a q)

kwas zasada kwas zasada

Podobnie, zasady (zapisywane w skrócie:

B

) są akceptorami protonów w wodzie i tworzą sprzężone kwasy-

{HB}^{+}

{OH}^{-}

B (a q) + H_{2} O (l) ⇌ {HB}^{+} (a q) + {OH}^{-} (a q)

zasada kwas kwas zasada

Dla słabych kwasów i zasad, stan równowagi reakcji dysocjacji wyraża względne ilości każdej z substancji. W tym artykule, opisano stosunek między stałymi dysocjacji

K_{a}

K_{b}

dla sprzężonej pary kwas-zasada.

Uwaga: W tym artykule zakładamy, że wszystkie roztwory są roztworami wodnymi.

Wyliczanie $K_{a}$ ‍dla $HA$ ‍ reagującego, jako kwas

Przyjrzyjmy się reakcji dysocjacji dla jednoprotonowego słabego kwasu

HA

HA (a q) + H_{2} O (l) ⇌ H_{3} O^{+} (a q) + A^{-} (a q)

Produktami tej odwracalnej reakcji są

A^{-}

- zasada sprzężonej z

HA

oraz

H_{3} O^{+}

. Możemy zapisać następujące równanie na stałą równowagi

K_{a}

K_{a} = \frac{[H_{3} O^{+}] [A^{-}]}{[HA]}

[A co z wodą?]

Wyliczanie $K_{b}$ ‍ dla $A^{-}$ ‍ reagującego, jako zasada

Ponieważ

A^{-}

jest zasadą, możemy zapisać odwrotną reakcję dla

A^{-}

reagującego jako zasada i akceptującego proton od wody:

A^{-} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ HA (a q) + {OH}^{-} (a q)

Produktami tej reakcji są

HA

{OH}^{-}

. Możemy zapisać stałą równowagi

K_{b}

dla reakcji, w której

A^{-}

pełni funkcję zasady:

K_{b} = \frac{[HA] [{OH}^{-}]}{[A^{-}]}

Mimo tego, że wygląda to jak odwrotność

HA

reagującego, jako kwas, reakcje te bardzo się między sobą różnią. W reakcji

HA

, jako kwasu jednym z produktów jest

H_{3} O^{+}

. W reakcji sprzężonej zasady

A^{-}

jednym z produktów jest

{OH}^{-}

Związek między $K_{a}$ ‍ i $K_{b}$ ‍ dla sprzężonych par kwas-zasada

Jeżeli pomnożymy

K_{a}

dla

HA

K_{b}

sprzężonej zasady

A^{-}

, otrzymamy:

\begin{aligned} K_{a} \cdot K_{b} & = (\frac{[H_{3} O^{+}] [A^{-}]}{[HA]}) (\frac{[HA] [{OH}^{-}]}{[A^{-}]}) \\ = [H_{3} O^{+}] [{OH}^{-}] \\ = K_{w} \end{aligned}

[Czym jest Kw? ]

gdzie

K_{w}

jest stałą dysocjacji wody. Związek między tymi wartościami przydaje się do odnoszenia do siebie

K_{a}

K_{b}

sprzężonych par kwas-zasada!! Możemy użyć wartości

K_{w}

25^{\circ} C

aby zapisać inne przydatne równania:

\begin{aligned} K_{a} \cdot K_{b} & = K_{w} \\ = 1, 0 \times 10^{- 14} w 25^{\circ} C (Równanie 1.) \end{aligned}

Po zlogarytmowaniu obu stron Równania 1. przez -

\log_{10}

, otrzymujemy:

p K_{a} + p K_{b} = 14 w 25^{\circ} C (Równanie 2.)

Możemy użyć tych równań do wyliczenia

K_{b}

(lub

p K_{b}

) dla słabych zasad o znanym

K_{a}

sprzężonego kwasu. Możemy również obliczyć

K_{a}

(lub

p K_{a}

) słabego kwasu, znając

K_{b}

sprzężonej zasady.

Należy pamiętać, że te równania są prawdziwe tylko dla sprzężonych par kwas-zasada!! Aby szybko przypomnieć sobie, jak rozpoznać sprzężone pary kwas zasada obejrzyj filmik o sprzężonych parach kwas-zasada.

Sprawdź się: Które z podanych wartości możemy obliczyć, znając $K_{b}$ ‍ of ${NH}_{3}$ ‍ w $25^{\circ} C$ ‍?

[Pokaż odpowiedź]

Przykład: Obliczanie $K_{b}$ ‍ słabej zasady

p K_{a}

kwasu fluorowodorowego

(HF)

wynosi

3, 36

25^{\circ} C

Ile wynosi $K_{b}$ ‍ jonu fluorkowego, $F^{-} (a q)$ ‍?

Rozpracujmy ten problem krok po kroku.

Krok 1: Upewnij się, że rozważamy sprzężoną parę kwas-zasada

Możemy sprawdzić, czy jest to sprzężona para kwas-zasada poprzez zapisanie reakcji dysocjacji

HF

HF (a q) + H_{2} O (l) ⇌ F^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q)

Widzimy, że

HF

jest donorem protonu dla wody, tworząc

H_{3} O^{+}

F^{-}

. Wynika z tego, że

F^{-}

jest sprzężoną zasadą do

HF

. Oznacza to, że możemy użyć

p K_{a}

dla

HF

do obliczenia

p K_{b}

dla

F^{-}

. Hura!

Krok 2: Użyj równania 2. do obliczenia $p K_{b}$ ‍ z $p K_{a}$ ‍

Przekształcając równanie 2., aby wyznaczyć

p K_{b}

, otrzymujemy:

p K_{b} = 14, 00 - p K_{a}

Podstawiając znaną wartość

p K_{a}

dla

HF

, otrzymujemy:

p K_{b} = 14, 00 - (3, 36) = 10, 64

Wynika z tego, że

p K_{b}

dla

F^{-}

wynosi

10, 64

Krok 3: Oblicz $K_{b}$ ‍, używając $p K_{b}$ ‍

Możemy przekształcić

p K_{b}

K_{b}

, używając następującego równania:

p K_{b} = - \log (K_{b})

Wyliczając z równania

K_{b}

, otrzymujemy:

K_{b} = 10^{- p K_{b}}

Podstawiając wartość

p K_{b}

i wykonując obliczenia, otrzymujemy:

K_{b} = 10^{- (10, 64)} = 2, 3 \times 10^{- 11}

Wynika z tego, że $K_{b}$ ‍ dla $F^{-}$ ‍ wynosi $2, 3 \times 10^{- 11}$ ‍.

Podsumowanie

Dla sprzężonych par kwas-zasada, stała dysocjacji kwasu

K_{a}

i stała dysocjacji zasady

K_{b}

powiązane są za pomocą następujących równań:

$K_{w} = K_{a} \cdot K_{b}$ ‍

$p K_{a} + p K_{b} = 14 w 25^{\circ} C$ ‍

[Referencje i odnośniki]

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Zaloguj się

Sortuj według

Na razie brak głosów w dyskusji

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.

Chemia - program rozszerzony

Kurs: Chemia - program rozszerzony > Rozdział 12

Kluczowe informacje

Wstęp: Słabe kwasy i zasady dysocjują odwracalnie

Wyliczanie Ka‍ dla HA‍ reagującego, jako kwas

Wyliczanie Kb‍ dla A−‍ reagującego, jako zasada

Związek między Ka‍ i Kb‍ dla sprzężonych par kwas-zasada

Przykład: Obliczanie Kb‍ słabej zasady

Krok 1: Upewnij się, że rozważamy sprzężoną parę kwas-zasada

Krok 2: Użyj równania 2. do obliczenia pKb‍ z pKa‍

Krok 3: Oblicz Kb‍ , używając pKb‍

Podsumowanie

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Wyliczanie $K_{a}$ ‍dla $HA$ ‍ reagującego, jako kwas

Wyliczanie $K_{b}$ ‍ dla $A^{-}$ ‍ reagującego, jako zasada

Związek między $K_{a}$ ‍ i $K_{b}$ ‍ dla sprzężonych par kwas-zasada

Przykład: Obliczanie $K_{b}$ ‍ słabej zasady

Krok 2: Użyj równania 2. do obliczenia $p K_{b}$ ‍ z $p K_{a}$ ‍

Krok 3: Oblicz $K_{b}$ ‍, używając $p K_{b}$ ‍