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

Polyprotische zuren

26.1K views03:38 min

Monoprotische zuren bevatten, zoals fluorwaterstofzuur, bevatten een enkel ioniseerbaar proton. Daarentegen bevatten polyprotische zuren twee of meer ioniseerbare protonen. Zwavelig zuur heeft bijvoorbeeld twee ioniseerbare protonen en fosforzuur heeft er drie.

Een polyprotisch zuur verliest elk van zijn protonen opeenvolgend en elke reactie heeft zijn eigen Ka.Het is gemakkelijker om een proton uit een neutraal molecuul te verwijderen dan uit een die negatief geladen is, omdat de negatieve lading de sterkte van de binding tussen het proton en het anion vergroot. Daarom is voor fosforzuur de Ka voor de verwijdering van het eerste proton, Ka1, hoger dan het tweede, Ka2, dat hoger is dan Ka3. De pH van een polyprotisch zuur kan worden geschat door alleen de eerste reactie te gebruiken als Ka1 minstens duizend keer groter is dan de daaropvolgende Ka's.

De pH van een 0, 050 molaire ascorbinezuuroplossing kan bijvoorbeeld worden bepaald met behulp van de Ka1-en een ICE-tabel. Wanneer het wordt opgelost in water, valt ascorbinezuur uiteen in hydronium-en ascorbaat-ionen. De Ka1 voor deze reactie is 8 10⁻⁵ en is gelijk aan de concentratie van hydronium maal de concentratie van ascorbaatmonoanion, gedeeld door de concentratie van ascorbinezuur.

Voor deze reactie kan een ICE-tabel worden opgesteld met de begin-en evenwichtsconcentraties. Vanwege de kleine waarde van x is 0, 050 min x ongeveer gelijk aan 0, 050. Door deze waarden in de uitdrukking voor Ka1 te vervangen, is de waarde voor x gelijk aan 0, 0020 molair, wat slechts 4%is van de aanvankelijke concentratie van ascorbinezuur.

De benadering is dus geldig. De pH van de oplossing is gelijk aan 2, 70. De concentratie van ascorbaatdianion gevormd in de tweede stap van de reactie kan ook worden berekend met Ka2 en een ICE-tabel.

Ka2 is gelijk aan 1, 6 10⁻¹² en kan worden uitgedrukt als de concentratie van hydronium maal de concentratie van ascorbaatdianion gedeeld door de concentratie van ascorbaatmonoanion. Voor deze reactie wordt de ICE-tabel ingevuld met de beginconcentratie van ascorbaatmonoanion en hydronium uit de eerste reactie, 0, 002 molair. Vanwege de kleine waarde van x kan het worden weggelaten uit de evenwichtsconcentraties van ascorbaatmonoanion en hydronium.

Na het vervangen van deze waarden in de Ka2-uitdrukking en het oplossen, is x 1, 6 10⁻¹² molair. Omdat x minder is dan 5%van 0, 002 molair, is de benadering geldig. Aangezien de concentratie van hydronium-ionen die werden gegenereerd tijdens de tweede stap van ascorbinezuur-dissociatie verwaarloosbaar is, bepaalt het eerste ioniseerbare proton de pH van de oplossing.

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

Zuren worden geclassificeerd op basis van het aantal protonen per molecuul dat ze bij een reactie kunnen afstaan. Zuren zoals HCl, HNO₃ en HCN die één…