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

Ácidos Polipróticos

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Los ácidos monopróticos, como el ácido fluorhídrico, contienen un solo protón ionizable. Por el contrario, los ácidos polipróticos contienen dos o más protones ionizables. Por ejemplo, el ácido sulfuroso tiene dos protones ionizables y el ácido fosfórico tiene tres.

Un ácido poliprótico pierde cada uno de sus protones secuencialmente y cada reacción tiene su propio Ka.Es más fácil eliminar un protón de una molécula neutra que de una cargada negativamente porque la carga negativa aumenta la fuerza del enlace entre el protón y el anión. Por lo tanto, para el ácido fosfórico, el Ka para la eliminación del primer protón, Ka1, es más alto que el del segundo, Ka2, que es más alto que Ka3. El pH de un ácido poliprótico se puede calcular usando solo la primera reacción si Ka1 es al menos mil veces mayor que sus Ka posteriores.

Por ejemplo, el pH de una solución de ácido ascórbico 0, 050 molar se puede determinar usando su Ka1 y una tabla ICE. Cuando se disuelve en agua, el ácido ascórbico se disocia en iones de hidronio y ascorbato. El Ka1 para esta reacción es 8 10⁻⁵, y es igual a la concentración de hidronio multiplicada por la concentración de monoanión de ascorbato, dividida por la concentración de ácido ascórbico Se puede preparar una tabla ICE para esta reacción con las concentraciones inicial y de equilibrio.

Debido al pequeño valor de x, 0, 050 menos x es aproximadamente igual a 0, 050. Si se sustituyen estos valores en la expresión de Ka1, el valor de x es igual a 0, 0020 molar, que es sólo el 4 porciento de la concentración inicial de ácido ascórbico. Por lo tanto, la aproximación es válida.

El pH de la solución es igual a 2, 70. La concentración de dianión de ascorbato formada en el segundo paso de la reacción también se puede calcular usando Ka2 y una tabla ICE. Ka2 es igual a 1, 6 10⁻¹², y se puede expresar como la concentración de hidronio multiplicada por la concentración de dianión ascorbato dividida por la concentración de monoanión ascorbato.

Para esta reacción, la tabla ICE se completa con la concentración inicial de ascorbato monoanión e hidronio de la primera reacción, 0, 002 molar. Debido al pequeño valor de x, se puede omitir de las concentraciones de equilibrio de ascorbato monoanión e hidronio. Después de sustituir estos valores en la expresión Ka2 y resolver, x es 1, 6 10⁻¹² molar.

Dado que x es menos del 5 de 0, 002 molar, la aproximación es válida. Como la concentración de iones de hidronio que se generó durante el segundo paso de la disociación del ácido ascórbico es insignificante, el primer protón ionizable determina el pH de la solución.

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

Los ácidos se clasifican por el número de protones por molécula que pueden ceder en una reacción. Los ácidos como HCl, HNO₃ y HCN que contienen un áto…