ค่าคงที่ไอออไนเซชัน: สมการและแบบฝึกหัด - เคมี - 2026

ไอออนไนซ์คงที่คงที่แยกออกจากกันหรือความเป็นกรดคงเป็นทรัพย์สินที่สะท้อนให้เห็นถึงแนวโน้มของสารไอออนปล่อยไฮโดรเจนที่; นั่นคือมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับความแรงของกรด ยิ่งค่าของค่าคงที่การแยกตัว (Ka) สูงขึ้นเท่าใดกรดก็จะปลดปล่อยไฮโดรเจนไอออนออกมามากขึ้นเท่านั้น

ตัวอย่างเช่นเมื่อพูดถึงน้ำไอออไนเซชันเรียกว่า 'autoprotolysis' หรือ 'autoionization' ที่นี่โมเลกุลของน้ำจะให้ H ⁺กับอีกตัวหนึ่งทำให้เกิดไอออน H ₃ O ⁺และ OH ^-ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง

ที่มา: Cdang จาก Wikimedia Commons

การแยกตัวของกรดออกจากสารละลายในน้ำสามารถระบุได้ดังต่อไปนี้:

HA + H ₂ O <=> H ₃ O ⁺ + A ^-

โดยที่ HA หมายถึงกรดที่แตกตัวเป็นไอออน H ₃ O ⁺ไฮโดรเนียมไอออนและ A ^-เบสคอนจูเกต ถ้า Ka สูง HA มากขึ้นจะแยกตัวออกและจะมีความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนสูงขึ้น ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นนี้สามารถพิจารณาได้จากการสังเกตการเปลี่ยนแปลง pH ของสารละลายซึ่งมีค่าต่ำกว่า 7

สมดุลไอออไนเซชัน

ลูกศรคู่ในสมการทางเคมีด้านบนบ่งชี้ว่ามีการสร้างสมดุลระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ เนื่องจากทุกสภาวะสมดุลมีค่าคงที่สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นกับการแตกตัวเป็นไอออนของกรดและจะแสดงดังนี้:

K = /

ในทางอุณหพลศาสตร์ค่าคงที่ Ka ถูกกำหนดในรูปแบบของกิจกรรมไม่ใช่ความเข้มข้น อย่างไรก็ตามในสารละลายเจือจางกิจกรรมของน้ำจะอยู่ที่ประมาณ 1 และกิจกรรมของไฮโดรเนียมไอออนเบสคอนจูเกตและกรดที่ไม่แยกออกจากกันมีค่าใกล้เคียงกับความเข้มข้นของโมลาร์

ด้วยเหตุนี้จึงมีการแนะนำการใช้ค่าคงที่การแยกตัว (ka) ซึ่งไม่รวมถึงความเข้มข้นของน้ำ สิ่งนี้ช่วยให้การแยกตัวของกรดอ่อนสามารถจัดทำแผนผังได้ง่ายขึ้นและค่าคงที่การแยกตัว (Ka) จะแสดงในรูปแบบเดียวกัน

HA <=> H ⁺ + A ^-

กา = /

ลำลูกกา

ค่าคงที่การแยกตัว (Ka) เป็นรูปแบบของการแสดงออกของค่าคงที่สมดุล

ความเข้มข้นของกรดที่ไม่แยกออกจากกันเบสคอนจูเกตและไฮโดรเนียมหรือไฮโดรเจนไอออนจะคงที่เมื่อถึงสภาวะสมดุล ในทางกลับกันความเข้มข้นของเบสคอนจูเกตและของไฮโดรเนียมไอออนจะเท่ากันทุกประการ

ค่าของพวกเขาจะได้รับในอำนาจ 10 ด้วยเลขชี้กำลังเป็นลบดังนั้นจึงมีการนำรูปแบบการแสดงออกของ Ka ที่ง่ายและจัดการได้ง่ายกว่าซึ่งพวกเขาเรียกว่า pKa

pKa = - log Ka

PKa มักเรียกว่าค่าคงที่การแยกตัวของกรด ค่า pKa เป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนถึงความแรงของกรด

กรดเหล่านั้นที่มีค่า pKa น้อยกว่าหรือมากกว่าเป็นลบมากกว่า -1.74 (pKa ของไฮโดรเนียมไอออน) ถือเป็นกรดแก่ ในขณะที่กรดที่มี pKa มากกว่า -1.74 ถือว่าเป็นกรดที่ไม่แข็งแรง

สมการของ Henderson-Hasselbalch

สมการมาจากนิพจน์ Ka ที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในการคำนวณเชิงวิเคราะห์

กา = /

การลอการิทึม

log Ka = log H ⁺ + log A ^- - log HA

และการแก้บันทึก H ⁺ :

-log H = - บันทึก Ka + บันทึก A ^- - บันทึก HA

จากนั้นใช้คำจำกัดความของ pH และ pKa และจัดกลุ่มเงื่อนไขใหม่:

pH = pKa + บันทึก (A ^- / HA)

นี่คือสมการของ Henderson-Hasselbalch ที่มีชื่อเสียง

ใช้

สมการเฮนเดอร์สัน - ฮัสเซลบาคใช้ในการประมาณค่า pH ของบัฟเฟอร์รวมถึงความเข้มข้นสัมพัทธ์ของเบสคอนจูเกตและกรดมีผลต่อ pH อย่างไร

เมื่อความเข้มข้นของคอนจูเกตเบสเท่ากับความเข้มข้นของกรดความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของทั้งสองเทอมจะเท่ากับ 1 ดังนั้นลอการิทึมของมันจึงมีค่าเท่ากับ 0

ด้วยเหตุนี้ pH = pKa จึงมีความสำคัญมากเนื่องจากในสถานการณ์นี้ประสิทธิภาพของบัฟเฟอร์จะสูงสุด

โดยปกติจะใช้โซน pH ที่มีความสามารถในการบัฟเฟอร์สูงสุดซึ่งโดยที่ pH = pka ± 1 หน่วย pH

การออกกำลังกายคงที่ไอออไนเซชัน

แบบฝึกหัด 1

สารละลายเจือจางของกรดอ่อนมีความเข้มข้นดังต่อไปนี้ในสภาวะสมดุล: กรดที่ไม่แยกออกจากกัน = 0.065 M และความเข้มข้นของเบสคอนจูเกต = 9 · 10 ^-4 M. คำนวณ Ka และ pKa ของกรด

ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนหรือไฮโดรเนียมไอออนเท่ากับความเข้มข้นของเบสคอนจูเกตเนื่องจากพวกมันมาจากการแตกตัวเป็นไอออนของกรดเดียวกัน

การแทนที่ในสมการ:

กา = / HA

การแทนค่าในสมการตามลำดับ:

Ka = (9 10 ^-4 M) (9 10 ^-4 M) / 65 10 ^-3 M

= 1,246 10 ^-5

แล้วคำนวณ pKa

pKa = - log Ka

= - บันทึก 1,246 10 ^-5

= 4,904

แบบฝึกหัด 2

กรดอ่อนที่มีความเข้มข้น 0.03 M มีค่าคงที่แยกออกจากกัน (Ka) = 1.5 · 10 -4 คำนวณ: a) pH ของสารละลายในน้ำ b) ระดับไอออไนเซชันของกรด

ที่สภาวะสมดุลความเข้มข้นของกรดจะเท่ากับ (0.03 M - x) โดยที่ x คือปริมาณกรดที่แยกตัวออก ดังนั้นความเข้มข้นของไฮโดรเจนหรือไฮโดรเนียมไอออนคือ x เช่นเดียวกับความเข้มข้นของฐานคอนจูเกต

กา = / = 1.5 10 ^-6

= = x

Y = 0.03 ม - x. ค่า Ka เล็กน้อยแสดงว่ากรดน่าจะแตกตัวน้อยมากดังนั้น (0.03 M - x) จึงเท่ากับ 0.03 M โดยประมาณ

การแทนที่ใน 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

และตั้งแต่ x =

pH = - บันทึก

= - บันทึก

pH = 3.67

และสุดท้ายเกี่ยวกับระดับไอออไนเซชัน: สามารถคำนวณได้โดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้:

o / HA] x 100%

(2.12 10 ^-4 / 3 10 ^-2 ) x 100%

0.71%

แบบฝึกหัด 3

ฉันคำนวณ Ka จากเปอร์เซ็นต์การแตกตัวเป็นไอออนของกรดโดยรู้ว่ามันแตกตัวเป็นไอออน 4.8% จากความเข้มข้นเริ่มต้นที่ 1.5 · 10 ^-3 M.

ในการคำนวณปริมาณกรดที่แตกตัวเป็นไอออนจะมีการกำหนด 4.8%

ปริมาณไอออไนซ์ = 1.5 · 10 ^-3 M (4.8 / 100)

= 7.2 x 10 ^-5 M

กรดไอออไนซ์จำนวนนี้เท่ากับความเข้มข้นของเบสคอนจูเกตและความเข้มข้นของไฮโดรเนียมหรือไฮโดรเจนไอออนที่สภาวะสมดุล

ความเข้มข้นของกรดสมดุล = ความเข้มข้นของกรดเริ่มต้น - ปริมาณของกรดที่แตกตัวเป็นไอออน

= 1.5 10 ^-3 M - 7.2 10 ^-5 M

= 1,428 x 10 ^-3 M

แล้วแก้ด้วยสมการเดียวกัน

กา = /

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

= - บันทึก 3.63 x 10 ^-6

= 5.44

อ้างอิง

1. เคมี LibreTexts (เอสเอฟ) ค่าคงที่การแยกตัว สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
2. วิกิพีเดีย (2018) ค่าคงที่การแยกตัว สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry (2008) ฉบับที่แปด. การเรียนรู้ Cengage
4. Segel IH (1975) การคำนวณทางชีวเคมี ครั้งที่ 2 ฉบับ John Wiley & Sons INC
5. คาบาระอี. (2018). วิธีการคำนวณค่าคงที่ไอออไนเซชันของกรด ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com.