이온화 상수 해리 상수 또는 산성도 상수, 방출 수소 이온 물질의 경향을 반영하는 특성이고; 즉, 산의 강도와 직접 관련이 있습니다. 해리 상수 (Ka) 값이 높을수록 산에 의한 수소 이온 방출이 커집니다.
예를 들어 물과 관련하여 이온화는 '자동 프로토 분해'또는 '자동 이온화'로 알려져 있습니다. 여기서, 물 분자가 제공 H + 제조, 서로를 H 3 O + 과 OH - 이온 , 아래 그림에 도시 된 바와 같이.
출처 : Wikimedia Commons의 Cdang
수용액에서 산의 해리는 다음과 같은 방식으로 설명 될 수 있습니다.
HA는 + H 2 O <=> H 3 O + + A -
HA는 이온화 산, H 나타내면 3 O + 하이드로 늄 이온, 및 - 짝염기한다. Ka가 높으면 더 많은 HA가 해리되어 하이드로 늄 이온의 농도가 높아집니다. 이 산도 증가는 값이 7 미만인 용액의 pH 변화를 관찰하여 확인할 수 있습니다.
이온화 균형
위쪽 화학 방정식의 이중 화살표는 반응물과 생성물 사이에 균형이 설정되었음을 나타냅니다. 모든 평형은 상수를 갖기 때문에 산의 이온화에서도 똑같이 발생하며 다음과 같이 표현됩니다.
K = /
열역학적으로 상수 Ka는 농도가 아닌 활동으로 정의됩니다. 그러나 묽은 수용액에서 물의 활성은 약 1이고 하이드로 늄 이온, 공액 염기 및 해리되지 않은 산의 활성은 몰 농도에 가깝습니다.
이러한 이유로 물 농도를 포함하지 않는 해리 상수 (ka)의 사용이 도입되었습니다. 이를 통해 약산 해리를보다 간단한 방식으로 도식화 할 수 있으며 해리 상수 (Ka)는 동일한 형태로 표현됩니다.
HA <=> H + + A -
Ka = /
Ka
해리 상수 (Ka)는 평형 상수의 표현 형태입니다.
해리되지 않은 산, 공액 염기, 하이드로 늄 또는 수소 이온의 농도는 일단 평형 조건에 도달하면 일정하게 유지됩니다. 반면에 공액 염기의 농도와 하이드로 늄 이온의 농도는 정확히 동일합니다.
그들의 값은 음의 지수로 10의 거듭 제곱으로 주어 지므로 pKa라고 부르는 더 간단하고 관리하기 쉬운 형태의 Ka 표현이 도입되었습니다.
pKa =-로그 Ka
PKa는 일반적으로 산 해리 상수라고합니다. pKa 값은 산의 강도를 명확하게 나타냅니다.
pKa 값이 -1.74 (하이드로 늄 이온의 pKa)보다 작거나 더 많은 산은 강산으로 간주됩니다. pKa가 -1.74보다 큰 산은 비 강산으로 간주됩니다.
Henderson-Hasselbalch 방정식
방정식은 분석 계산에 매우 유용한 Ka 식에서 파생됩니다.
Ka = /
로그를 취하고,
카 로그가 로그 = H + + A 로그 - - HA 로그
그리고 log H +를 해결합니다 .
H = -log - 카 + 로그 로그 a - - HA 로그
그런 다음 pH 및 pKa의 정의를 사용하고 용어를 다시 그룹화합니다.
pH는 pKa가 + 로그 (A - / HA)
이것은 유명한 Henderson-Hasselbalch 방정식입니다.
사용하다
Henderson-Hasselbach 방정식은 완충액의 pH를 추정하는 데 사용되며, 결합 염기와 산의 상대적 농도가 pH에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 것입니다.
접합체 염기의 농도가 산의 농도와 같을 때 두 용어의 농도 간의 관계는 1이됩니다. 따라서 로그는 0과 같습니다.
결과적으로 pH = pKa,이 상황에서 버퍼 효율이 최대이기 때문에 이것은 매우 중요합니다.
최대 버퍼링 용량이있는 pH 영역은 일반적으로 pH = pka ± 1 pH 단위 인 곳에서 사용됩니다.
이온화 상수 운동
연습 1
약산의 희석 용액은 평형 상태에서 다음과 같은 농도를 갖습니다. 해리되지 않은 산 = 0.065 M 및 공액 염기 농도 = 9 · 10 -4 M. 산의 Ka 및 pKa를 계산합니다.
수소 이온 또는 하이드로 늄 이온의 농도는 동일한 산의 이온화에서 발생하기 때문에 공액 염기의 농도와 같습니다.
방정식에 대입 :
Ka = / HA
해당 값을 방정식에 대입 :
Ka = (9 10 -4 M) (9 10 -4 M) / 65 10 -3 M
= 1,246 10 -5
그런 다음 pKa를 계산합니다.
pKa =-로그 Ka
=-로그 1,246 10 -5
= 4,904
연습 2
0.03 M 농도의 약산은 해리 상수 (Ka) = 1.5 · 10 -4를 갖습니다 . a) 수용액의 pH; b) 산의 이온화 정도.
평형 상태에서 산의 농도는 (0.03 M-x)와 같습니다. 여기서 x는 해리되는 산의 양입니다. 따라서 수소 또는 하이드로 늄 이온의 농도는 짝 염기의 농도와 마찬가지로 x입니다.
Ka = / = 1.5 10 -6
= = x
Y = 0.03 M-x. Ka 값이 작 으면 산이 거의 해리되지 않았으므로 (0.03 M-x) 거의 0.03 M과 같습니다.
Ka로 대체 :
1.5 10 -6 = x 2/3 10 -2
x 2 = 4.5 10-8 M 2
X = 2.12 × 10 -4 M
그리고 x =
pH =-로그
=-로그
pH = 3.67
마지막으로 이온화 정도에 관해서는 다음 식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
o / HA] x 100 %
(2.12 10 -4 / 3 10 -2 ) x 100 %
0.71 %
연습 3
나는 산의 이온화 비율로부터 Ka를 계산하는데, 이것은 1.5 · 10 -3 M 의 초기 농도에서 4.8 %로 이온화된다는 것을 알고 있습니다 .
이온화되는 산의 양을 계산하기 위해 4.8 %가 결정됩니다.
이온화 량 = 1.5 · 10 -3 M (4.8 / 100)
= 7.2 x 10 -5 M
이 이온화 된 산의 양은 공액 염기의 농도와 평형 상태에서 하이드로 늄 또는 수소 이온의 농도와 같습니다.
평형 산 농도 = 초기 산 농도-이온화 된 산의 양.
= 1.5 10 -3 M-7.2 10 -5 M
= 1,428 x 10 -3 M
그런 다음 동일한 방정식으로 해결
Ka = /
Ka = (7.2 · 10 -5 M x 7.2 · 10 -5 M) / 1.428 · 10 -3 M
= 3.63 x 10 -6
pKa =-로그 Ka
=-로그 3.63 x 10 -6
= 5.44
참고 문헌
- 화학 LibreTexts. (sf). 해리 상수. 출처 : chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). 해리 상수. 출처 : en.wikipedia.org
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, LP & Stanley, GG Chemistry. (2008) 제 8 판. Cengage 학습.
- 세겔 IH (1975). 생화학 적 계산. 2 위. 판. John Wiley & Sons. INC.
- Kabara E. (2018). 산 이온화 상수를 계산하는 방법. 연구. 출처 : study.com.