What is the difference between monoprotic and polyprotic acids?

Monoprotic acids contain a single ionizable proton, like hydrofluoric acid, while polyprotic acids contain two or more ionizable protons. Sulfurous acid has two ionizable protons, and phosphoric acid has three. Each proton is lost sequentially, with each reaction having its own acid ionization constant (Ka).

Why does each successive proton become harder to remove from a polyprotic acid?

Removing a proton from a neutral molecule is easier than removing one from a negatively charged ion because negative charge strengthens the bond between the proton and the anion. This is why Ka1 is larger than Ka2, which is larger than Ka3 for polyprotic acids like phosphoric acid.

When can you estimate the pH of a polyprotic acid using only the first ionization?

You can estimate pH using only the first reaction if Ka1 is at least one thousand times larger than subsequent Ka values. For example, ascorbic acid's Ka1 of 8 × 10−5 is much larger than its Ka2, so the first ionization dominates the pH calculation using an ICE table.

How do you calculate the concentration of dianion species in a polyprotic acid solution?

Use an ICE table with the second ionization constant (Ka2) and the monoanion concentration from the first ionization. For ascorbic acid, Ka2 equals 1.6 × 10−12, and the resulting dianion concentration is negligible, confirming that the first ionization determines the solution's pH.

What are examples of diprotic and triprotic acids?

Sulfuric acid and carbonic acid are diprotic acids with two ionizable protons. Phosphoric acid is a triprotic acid with three ionizable protons. Each successive ionization constant decreases significantly, typically by factors of 10^5 to 10^6, allowing simplified calculations for weak acid solutions and dissociation.

How do stepwise ionization constants differ in polyprotic acids?

Successive ionization constants decrease dramatically in polyprotic acids. For phosphoric acid, Ka1 is 7.5 × 10−3, Ka2 is 6.2 × 10−8, and Ka3 is 4.2 × 10−13. These large differences allow use of math-simplifying assumptions when calculating equilibrium concentrations in solutions.

Can polyprotic bases accept multiple protons?

Yes, polyprotic bases can accept more than one hydrogen ion. The carbonate ion is a diprotic base capable of accepting two protons. Like polyprotic acids, equilibrium calculations for polyprotic bases follow similar approaches using stepwise ionization constants and ICE tables.

15.12

أحماض بوليبروتيك

26.1K views04:14 min

الأحماض أحادية البروتون كحمض الهيدروفلوريك،تحتوي على بروتون واحد قابل للتأين. وعلى العكس،تحتوي الأحماض متعددة البروتون على اثنين أو أكثر من البروتونات القابلة للتأين. على سبيل المثال،حمض الكبريتوز يحتوي على بروتونين قابلين للتأين،ويحتوي حمض الفوسفوروز على ثلاثة.

الحمض متعدد البروتونات يفقد كلًا من بروتوناته تباعًا،ويكون لكل تفاعل قيمة Ka خاصة به. إزالة بروتون من جزيء محايد،أسهل من إزالته من جزيء ذو شحنة سالبة،لأن الشحنة السالبة تزيد من قوة الرابطة بين البروتون وبين الأيون السالب. بالتالي،في حمض الفوسفوريك،تكون قيمة Ka اللازمة لإزالة البروتون الأول Ka1،أعلى منها للبروتون الثاني Ka2،وهي أعلى منها للبروتون الثالث Ka3.

يمكن تقدير pH لحمض متعدد البروتون،باستخدام التفاعل الأول،فقط،إذا كانت Ka1 أكبر بألف مرة على الأقل من قيم Ka التي تليها. على سبيل المثال،قيمة pH لمحلول حمض الأسكروبيك تركيزه 0.050 مولار،يمكن تحديدها باستخدام Ka1 وجدول مراقبة تغير ICE. عند إذابته في الماء،يتفكك حمض الأسكروبيك إلى هيدرونيوم وأيونات أسكوربات.

قيمة Ka1 لهذا التفاعل هي 8 10⁻⁵،وهي مساوية لتركيز الهيدرونيوم مضروبًا في أيون الأسكوربات الأحادي السالب ويقسم الناتج على تركيز حمض الأسكوربيك. يمكن إعداد جدول مراقبة تغير ICE لهذا التفاعل،بمقارنة قيم التركيز الأولي وقيمه عند التوازن. نظرًا لقيمة x الضئيلة،فإن 0.050 ناقص x تساوي تقريبًا 0.050.

باستبدال هذه القيم في معادلة Ka1،تكون قيمة x تساوي 0.0020 مولار،وتشكل 4%فقط من التركيز الأولي لحمض الأسكروبيك. وهكذا يكون التقريب صحيحًا. قيمة pH للمحلول تساوي 2.70.

تركيز الأيون السالب الثنائي،الذي تشكل في الخطوة الثانية من التفاعل،يمكن حسابه أيضًا باستخدام Ka2 وجدول مراقبة التغير ICE. حيث Ka2 تساوي 1.6 10-¹²،ويمكن التعبير عنها على أنها،تركيز الهيدرونيوم مضروبًا بتركيز أيون الأسكوربات الثنائي السالب وقسمة الناتج على تركيز أيون الأسكوربات الأحادي السالب. لهذا التفاعل،يُملأ جدول مراقبة التغير ICE بقيمة التركيز الأولي لأيون الأسكوربات الأحادي السالب والهيدرونيوم من التفاعل الأول،وهي 0.002 مولار.

نظرًا لقيمة x الضئيلة،يمكن حذفها من التركيز عند التوازن لكل من أيون الأسكوربات الأحادي السالب والهيدرونيوم. بعد استبدال هذه القيم في معادلة Ka2 وحل المعادلة،تكون قيمة x هي 1.6 10-¹² مولار. بما أن x أقل من 5%من 0.002 مولار،يكون التقريب صحيحًا.

بما أن تركيز أيونات الهيدرونيوم،التي تكونت أثناء الخطوة الثانية من تفكك حمض الأسكوربيك،ضئيل،فإن البروتون الأول القابل للتأين،هو الذي يحدد pH للمحلول.

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تصنف الأحماض حسب عدد البروتونات لكل جزيء والتي يمكن أن تتخلى عنها في التفاعل. الأحماض مثل HCl و HNO ₃ و HCN التي تحتوي على ذرة هيدروجين مؤينة واحدة في…