15.7
Zwakke basisoplossingen
Sommige verbindingen produceren hydroxide-ionen wanneer ze worden opgelost door chemisch te reageren met watermoleculen. In alle gevallen reageren dez…
Een zwakke base, zoals ammoniak, is een Brønsted-base die een proton uit water accepteert om het hydroxide-ion te produceren. Zwakke basen reageren gedeeltelijk met water volgens hun baseconstante, Kb, die 1, 76 10⁻⁵ is voor ammoniak. De Kb voor ammoniak kan worden uitgedrukt als de ammoniumionenconcentratie maal de hydroxideionenconcentratie gedeeld door de ammoniakconcentratie bij evenwicht.
Kb kan worden gebruikt om de hydroxide-ionenconcentratie in een zwakke baseoplossing te bepalen en daarmee de pOH en pH van de oplossing. De hydroxide-ionenconcentratie en pH van 0, 23 M ammoniakoplossing kunnen worden bepaald aan de hand van de baseconstante en door een ICE-tabel op te stellen met de begin-en evenwichtswaarden van de ammoniak-ammoniumionen en hydroxide-ionen. Als evenwichtsconcentraties in de Kb-uitdrukking worden vervangen, is Kb gelijk aan x keer x gedeeld door 0, 23 min x.
Omdat zwakke basen een gedeeltelijke dissociatie vertonen, kan 0, 23 min x worden beschouwd als ongeveer 0, 23. Als de vergelijking is opgelost, is x gelijk aan 2 10⁻³ molair. De benadering 0, 23 min x is gelijk aan 0, 23 is hier geldig aangezien de hydroxide-ionenconcentratie slechts 0, 86%van 0, 23 molair is.
Om de pH van deze oplossing te berekenen, moet je eerst de pOH bepalen door de negatieve log van de hydroxide-ionenconcentratie te nemen, die gelijk is aan 2, 70. De pH kan worden bepaald met de formule:pH plus pOH gelijk aan 14 en berekend op 11, 30. De Kb voor een zwakke base-oplossing kan worden berekend als de pH van de zwakke base-oplossing bekend is.
Methylamine is een zwakke base die in water gedeeltelijk dissocieert in methylammoniumionen en hydroxide-ionen. De Kb voor methylamine kan worden uitgedrukt als de methylammoniumionconcentratie maal de hydroxide-ionconcentratie gedeeld door de concentratie methylamine bij evenwicht. Om de Kb van een 0, 040 molaire methylamine-oplossing met pH 11, 6 te berekenen, moet eerst de pOH worden berekend, gevolgd door de hydroxide-ionenconcentratie.
Omdat de pH 11, 60 is, is de pOH 2, 40 en de hydroxide-ionenconcentratie is 4, 0 10⁻³. De ICE-tabel kan worden samengesteld uit de begin-en evenwichtsconcentraties van methylamine, methylammonium en hydroxide. Het vervangen van evenwichtsconcentraties in de uitdrukking voor de Kb levert een waarde op voor Kb, die 4, 4 10⁻⁴ is.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is a weak base and how does it differ from a strong base?
A weak base is a Brønsted base that accepts a proton from water to produce hydroxide ions, but reacts only partially with water. Unlike strong bases that completely dissociate, weak bases establish an equilibrium between the molecular form and ionized products. Ammonia is a common example, with only about 1% of dissolved ammonia present as ammonium ions under typical conditions.
Q2: How is the base dissociation constant used to calculate hydroxide ion concentration?
The base dissociation constant (Kb) expresses the ratio of product concentrations to reactant concentration at equilibrium. For ammonia, Kb = 1.76 × 10⁻⁵. By constructing an ICE table with initial and equilibrium concentrations, you substitute values into the Kb expression to solve for hydroxide ion concentration, which then determines pOH and pH of the solution.
Q3: What is the ICE table method and why is it useful for weak base problems?
The ICE table tracks Initial, Change, and Equilibrium concentrations of all species in a weak base equilibrium. It organizes data systematically, showing how concentrations shift from initial values to equilibrium. This method simplifies substitution into the Kb expression and helps identify which concentrations to use when calculating hydroxide ion concentration and subsequent pH values.
Q4: How do you calculate pH from pOH in a weak base solution?
First, calculate pOH by taking the negative logarithm of hydroxide ion concentration. Then use the relationship pH + pOH = 14 to find pH. For example, a 0.23 M ammonia solution with hydroxide ion concentration of 2 × 10⁻³ M yields pOH of 2.70 and pH of 11.30, confirming the basic nature of the solution.
Q5: Can you determine Kb if you know the pH of a weak base solution?
Yes. Convert pH to pOH using pH + pOH = 14, then calculate hydroxide ion concentration from pOH. Construct an ICE table using the known initial concentration and calculated hydroxide ion concentration at equilibrium. Substitute these values into the Kb expression to solve for the base dissociation constant of the weak base.
Q6: Why is the approximation that x is negligible valid in weak base calculations?
Weak bases show partial dissociation, so the change in concentration (x) is typically very small compared to the initial concentration. The approximation is valid when x is less than 5% of the initial concentration. For ammonia, x = 2 × 10⁻³ M is only 0.86% of 0.23 M, justifying the simplification and making calculations manageable.
Q7: What are common applications of weak bases like ammonia?
Ammonia is produced globally in quantities exceeding 100 metric tons annually. It serves as an agricultural fertilizer, a raw material for chemical synthesis of other compounds, and an active ingredient in household cleaners. Its partial dissociation in water and resulting hydroxide ion production make it valuable across industrial, agricultural, and consumer applications.