Das Ionisationskonstante, Dissoziationskonstante oder Säurekonstante ist eine Eigenschaft, die die Tendenz einer Substanz widerspiegelt, Wasserstoffionen freizusetzen; das heißt, es hängt direkt mit der Stärke einer Säure zusammen. Je höher der Wert der Dissoziationskonstante (Ka) ist, desto größer ist die Freisetzung von Wasserstoffionen durch die Säure..
Wenn es zum Beispiel um Wasser geht, wird seine Ionisierung als "Autoprotolyse" oder "Autoionisierung" bezeichnet. Hier ergibt ein Wassermolekül ein H.+ zu einem anderen, der die H-Ionen erzeugt3ODER+ und OH-, wie im Bild unten zu sehen.
Die Dissoziation einer Säure aus einer wässrigen Lösung kann wie folgt umrissen werden:
HA + H.zweiODER <=> H.3ODER+ + ZU-
Wo HA die Säure darstellt, die ionisiert, H.3ODER+ zum Hydroniumion und A.- seine konjugierte Base. Wenn der Ka hoch ist, dissoziiert mehr HA und es kommt daher zu einer höheren Konzentration des Hydroniumions. Dieser Anstieg des Säuregehalts kann durch Beobachtung einer Änderung des pH-Werts der Lösung bestimmt werden, deren Wert unter 7 liegt.
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Die Doppelpfeile in der oberen chemischen Gleichung zeigen an, dass ein Gleichgewicht zwischen Reaktanten und Produkt hergestellt ist. Da jedes Gleichgewicht eine Konstante hat, geschieht dasselbe mit der Ionisierung einer Säure und wird wie folgt ausgedrückt:
K = [H.3ODER+][ZU-] / [HA] [H.zweiODER]
Thermodynamisch wird die Konstante Ka als Aktivität und nicht als Konzentration definiert. In verdünnten wässrigen Lösungen liegt die Aktivität von Wasser jedoch bei etwa 1, und die Aktivitäten des Hydroniumions, der konjugierten Base und der nicht dissoziierten Säure liegen nahe an ihren molaren Konzentrationen..
Aus diesen Gründen wurde die Verwendung der Dissoziationskonstante (ka) eingeführt, die die Wasserkonzentration nicht enthält. Dadurch kann die schwache Säuredissoziation auf einfachere Weise schematisiert werden, und die Dissoziationskonstante (Ka) wird in derselben Form ausgedrückt..
HA <=> H.+ + ZU-
Ka = [H.+][ZU-] / [HA]
Die Dissoziationskonstante (Ka) ist eine Ausdrucksform einer Gleichgewichtskonstante.
Die Konzentrationen der nicht dissoziierten Säure, der konjugierten Base und des Hydroniums oder Wasserstoffions bleiben konstant, sobald die Gleichgewichtsbedingung erreicht ist. Andererseits sind die Konzentration der konjugierten Base und die des Hydroniumions genau gleich.
Seine Werte werden in Potenzen von 10 mit negativen Exponenten angegeben, daher wurde eine einfachere und handlichere Ausdrucksform von Ka eingeführt, die sie pKa nannten.
pKa = - log Ka
PKa wird üblicherweise als Säuredissoziationskonstante bezeichnet. Der pKa-Wert ist ein klarer Hinweis auf die Stärke einer Säure.
Diejenigen Säuren, deren pKa-Wert weniger oder mehr negativ als -1,74 (pKa des Hydroniumions) ist, gelten als starke Säuren. Säuren mit einem pKa-Wert von mehr als -1,74 gelten als nicht starke Säuren..
Eine Gleichung, die für analytische Berechnungen äußerst nützlich ist, wird aus dem Ausdruck für Ka abgeleitet..
Ka = [H.+][ZU-] / [HA]
Logarithmen nehmen,
log Ka = log H.+ + log A.- - log HA
Und nach log H auflösen+::
-log H = - log Ka + log A.- - log HA
Verwenden Sie dann die Definitionen von pH und pKa und gruppieren Sie die Begriffe neu:
pH = pKa + log (A.- / HA)
Dies ist die berühmte Henderson-Hasselbalch-Gleichung.
Die Henderson-Hasselbach-Gleichung wird verwendet, um den pH-Wert von Puffern sowie den Einfluss der relativen Konzentrationen von konjugierter Base und Säure auf den pH-Wert abzuschätzen..
Wenn die Konzentration der konjugierten Base gleich der Konzentration der Säure ist, ist die Beziehung zwischen den Konzentrationen beider Terme gleich 1; und deshalb ist sein Logarithmus gleich 0.
Infolgedessen ist pH = pKa, was sehr wichtig ist, da in dieser Situation die Puffereffizienz maximal ist..
Die pH-Zone, in der die maximale Pufferkapazität vorhanden ist, wird normalerweise verwendet, diejenige, in der der pH-Wert = pka ± 1 pH-Einheit ist.
Die verdünnte Lösung einer schwachen Säure weist im Gleichgewicht folgende Konzentrationen auf: nicht dissoziierte Säure = 0,065 M und Konzentration der konjugierten Base = 9 · 10-4 Lehrer: Berechne Ka und pKa der Säure.
Die Konzentration des Wasserstoffions oder des Hydroniumions ist gleich der Konzentration der konjugierten Base, da sie aus der Ionisierung derselben Säure stammen.
Einsetzen in die Gleichung:
Ka = [H.+][ZU-] / HA
Ersetzen in der Gleichung für ihre jeweiligen Werte:
Ka = (910-4 M) (910-4 M) / 6510-3 M.
= 1,246 10-5
Und dann seinen pKa berechnen
pKa = - log Ka
= - log 1.246 10-5
= 4.904
Eine schwache Säure mit einer Konzentration von 0,03 M hat eine Dissoziationskonstante (Ka) = 1,5 · 10-4. Berechnen Sie: a) pH-Wert der wässrigen Lösung; b) den Ionisationsgrad der Säure.
Im Gleichgewicht ist die Säurekonzentration gleich (0,03 M - x), wobei x die Menge an Säure ist, die dissoziiert. Daher beträgt die Konzentration von Wasserstoff oder Hydroniumionen x, ebenso wie die Konzentration der konjugierten Base.
Ka = [H.+][ZU-] / [HA] = 1,5 · 10-6
[H.+] = [A.-] = x
Y [HA] = 0,03 M-x. Der kleine Wert von Ka zeigt an, dass die Säure wahrscheinlich sehr wenig dissoziiert, so dass (0,03 M - x) ungefähr 0,03 M entspricht.
Auswechseln in Ka:
1,5 10-6 = xzwei / 3 10-zwei
xzwei = 4,5 10-8 M.zwei
x = 2,12 x 10-4 M.
Und da x = [H.+]]
pH = - log [H.+]]
= - log [2,12 x 10-4]]
pH = 3,67
Und schließlich zum Ionisationsgrad: Er kann mit folgendem Ausdruck berechnet werden:
[H.+] oder ein-] / HA] x 100%
(2.12 10-4 / 3 10-zwei) x 100%
0,71%
Ich berechne Ka aus dem Prozentsatz der Ionisation einer Säure, wobei ich weiß, dass sie ab einer Anfangskonzentration von 1,5 · 10 um 4,8% ionisiert-3 M..
Zur Berechnung der ionisierten Säuremenge werden deren 4,8% bestimmt.
Ionisierte Menge = 1,5 · 10-3 M (4,8 / 100)
= 7,2 · 10-5 M.
Diese Menge an ionisierter Säure ist gleich der Konzentration der konjugierten Base und der Konzentration des Hydronium- oder Wasserstoffions im Gleichgewicht..
Die Säurekonzentration im Gleichgewicht = anfängliche Säurekonzentration - die Menge der ionisierten Säure.
[HA] = 1,5 · 10-3 M - 7,2 10-5 M.
= 1.428 x 10-3 M.
Und dann mit den gleichen Gleichungen lösen
Ka = [H.+][ZU-] / [HA]
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
= - log 3,63 x 10-6
= 5,44
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