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

Polyacides

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Acides monoprotiques, comme l'acide fluorhydrique, contiennent un seul proton ionisable. En revanche, les acides polyprotiques contiennent deux ou plus de protons ionisables. Par exemple, l'acide sulfureux a deux protons ionisables, et l'acide phosphorique en a trois.

Un acide polyprotique perd chacun de ses protons séquentiellement, et chaque réaction a son propre Ka.Il est plus facile d'éliminer un proton d'une molécule neutre que celle chargée négative parce que la charge négative augmente la force de la liaison entre le proton et l'anion. Par conséquent, pour l'acide phosphorique, le Ka pour l'élimination du premier proton, Ka1, est supérieur au deuxième, Ka2, qui est supérieur à Ka3. Le pH d'un acide polyprotique peut être estimé en utilisant uniquement la première réaction si Ka1 est au moins mille fois plus grand que ses Ka ultérieurs.

Par exemple, le pH d'une solution d'acide ascorbique de 0, 050 molaire peut être déterminée à l'aide de son Ka1 et d'une table ICE. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, l'acide ascorbique se dissocie en ions hydronium et ascorbate. Le Ka1 pour cette réaction est de 8 10⁻⁵, et il est égal à la concentration d'hydronium fois la concentration de monoanion ascorbate, divisée par la concentration d'acide ascorbique.

Une table ICE peut être préparée pour cette réaction avec les concentrations initiale et d'équilibre. En raison de la faible valeur de x, 0, 050 moins x est approximativement égal à 0, 050. En remplaçant ces valeurs dans l'expression de Ka1, la valeur de x est égale à 0, 0020 molaire, qui ne représente que 4%de la concentration initiale d'acide ascorbique.

Ainsi, l'approximation est valide. Le pH de la solution est égal à 2, 70. La concentration de dianion ascorbate formé dans la deuxième étape de la réaction peut également être calculé à l'aide de Ka2 et d'une table ICE.

Ka2 est égal à 1, 6 10⁻¹², et il peut être exprimé comme la concentration d'hydronium fois la concentration de dianion ascorbate divisée par la concentration de monoanion ascorbate. Pour cette réaction, la table ICE est remplie avec la concentration initiale de monoanion ascorbate et d'hydronium dès la première réaction, 0, 002 molaire. En raison de la faible valeur de x, il peut être omis des concentrations d'équilibre de monoanion ascorbate et d'hydronium.

Après avoir remplacé ces valeurs dans l'expression Ka2 et en résolvant, x est de 1, 6 10⁻¹² molaire. Puisque x est inférieur à 5%de 0, 002 molaire, l'approximation est valide. Comme la concentration d'ions hydronium qui ont été générés lors de la deuxième étape de dissociation de l'acide ascorbique est négligeable, le premier proton ionisable détermine le pH de la solution.

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

Les acides sont classés selon le nombre de protons par molécule qu'ils peuvent céder dans une réaction. Les acides tels que HCl, HNO₃ et HCN qui conti…