15.8: 약한 염기 용액

일부 화합물은 물 분자와 화학적으로 반응하여 용해될 때 수산화물 이온을 생성합니다. 모든 경우에 이 화합물은 부분적으로만 반응하므로 약염기로 분류됩니다. 이러한 유형의 화합물은 자연에도 풍부하며 다양한 기술의 중요한 원자재입니다. 예를 들어, 약염기성 암모니아의 전 세계 생산량은 일반적으로 연간 100미터톤을 훨씬 넘으며 농업용 비료, 기타 화합물의 화학적 합성을 위한 원료 및 가정용 세제의 활성 성분으로 널리 사용됩니다. 물에 용해되면 암모니아는 부분적으로 반응하여 다음과 같이 수산화물 이온을 생성합니다.

이는 정의상 산-염기 반응이며, 이 경우 물 분자에서 암모니아 분자로 H^+ 이온이 이동하는 것을 포함합니다. 일반적인 조건에서는 용해된 암모니아의 약 1%만이 NH_4^+ 이온으로 존재합니다.

약염기 용액에서 수산화물 이온 농도 및 pOH 계산

수산화물 이온의 농도, pOH 및 약염기인 트리메틸아민의 0.25M 용액의 pH를 구하세요.

이 시스템의 ICE 테이블은 다음과 같습니다.

평형 농도 항을 K_b 표현으로 대체하면 다음과 같습니다.

x << 0.25라고 가정하고 x를 해결하면 결과가 나옵니다.

이 값은 초기 농도(0.25)의 5% 미만이므로 가정이 타당합니다.

ICE 표에 정의된 대로 x는 수산화물 이온의 평형 농도와 같습니다.

pOH는 다음과 같이 계산됩니다.

관계를 사용하여;

pH 계산을 허용합니다.

pH로부터 K_b 결정

0.28M 에틸아민(C_2H_5NH_2) 용액의 pH가 12.10이라면 K_b는 얼마인가요?

에틸아민의 K_b를 계산하려면 먼저 pOH와 수산화 이온 농도를 결정해야 합니다. pH가 12.10이므로 pOH는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

pOH가 1.90이므로 용액의 수산화 이온 농도는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

이 시스템에 대한 ICE 테이블은 다음과 같이 구성될 수 있습니다.

0.0126 M은 0.28 M의 4.5%이므로 0.28 − 0.0126은 5% 규칙에 따라 0.28 M과 거의 같다고 볼 수 있습니다.

에틸아민의 K_b에 대한 식에 위의 값을 대입한 후,

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e Section 4.2: Classifying Chemical Reactions and 14.3 Relative Strengths of Acids and Bases.

암모니아와 같은 약염기는 물에서 양성자를 받아들여 수산화이온을 생성하는 브론스테드 염기입니다. 약염기는 암모니아의 경우 값이 1.76 10⁻⁵인 염기 해리 상수 Kb에 따라 물과 부분적으로 반응합니다. 암모니아에 대한 Kb는 암모늄 이온 농도를 수산화 이온 농도와 곱하고 평형 상태의 암모니아 농도로 나눈 값으로 표현할 수 있습니다.

Kb를 사용하여 약염기 용액에서 수산화 이온 농도를 결정할 수 있으며 이어서 용액의 pOH 및 pH를 결정할 수 있습니다. 암모니아 용액 0.23M의 수산화 이온 농도와 pH는 그것의 염기 해리 상수를 이용하여 그리고 암모니아, 암모늄 이온 및 수산화 이온의 초기 값 및 평형 값을 포함하는 ICE 표를 준비하여 결정할 수 있습니다. Kb 식에 평형 농도를 대입하면 Kb는 x 곱하기 x를 0.23으로 나누고 x를 뺀 값입니다.

약염기가 부분 해리를 나타내므로 0.23 빼기 x는 약 0.23으로 볼 수 있습니다. 방정식을 풀면 x는 2 10⁻³ 몰과 같습니다. 수산화물 이온 농도가 0.23 몰의 0.86 퍼센트에 불과하기 때문에 0.23 빼기 x의 근사치는 0.23과 같습니다.

이 용액의 pH를 계산하려면 먼저 2.70에 해당하는 수산화물 이온 농도의 마이너스 로그를 취하여 pOH를 결정합니다. pH는 다음 공식을 사용하여 결정할 수 있습니다. pH pOH는 14이고 값은 11.30입니다.

약염기 용액의 Kb는 그것의 pH가 알려진 경우 계산할 수 있습니다. 메틸아민은 물에서 메틸아모늄 이온과 수산화 이온으로 부분적으로 해리되는 약염기입니다. 메틸아민에 대한 Kb는 메틸암모늄 이온 농도를 수산화 이온 농도로 곱하고 평형 상태에서의 메틸아민 농도로 나눈 값으로 표현할 수 있습니다.

pH가 11.6인 0.040 몰 메틸라민 용액의 Kb를 계산하려면 먼저 pOH를 계산한 후 수산화물 이온 농도를 계산해야 합니다. pH가 11.60이므로 pOH는 2.40이고, 수산화이온의 농도는 4.0 10⁻³입니다. ICE 테이블은 메틸아민, 메틸암모늄, 수산화물의 초기 농도 및 평형 농도에 의해 구성될 수 있습니다.

Kb 표현식에 평형 농도를 대입하면 4.4 10⁻⁴인 Kb 값이 산출됩니다.