Roztwory słabych kwasów

Słaby kwas, taki jak kwas cyjanowodorowy, jest kwasem Brønsteda, ponieważ przekazuje proton cząsteczce wody i wytwarza jon hydroniowy. Słaby kwas dysocjuje częściowo w wodzie zgodnie ze swoją stałą dysocjacji _kwasu, Ka, która wynosi 4,9 × 10⁻¹⁰ dla kwasu cyjanowodorowego.

W przypadku kwasu cyjanowodorowego K_a jest równe stężeniu hydronu pomnożonemu stężeniu jonów cyjanku podzielonemu przez stężenie kwasu cyjanowodorowego.

Stała dysocjacji _kwasu, Ka, może być wykorzystana do określenia stężenia jonów hydroniowych w roztworze słabego kwasu, a co za tym idzie, pH roztworu.

Stężenie jonów hydroniowych i pH 0,15-molowego roztworu kwasu cyjanowodorowego można obliczyć za pomocą jego wyrażenia równowagowego i tabeli ICE.

Stężenia kwasu cyjanowodorowego, hydroniku i cyjanku początkowo i w stanie równowagi można wyrazić w tabeli, która pokazuje początkowe, zmienne i równowagowe stężenia każdej z cząsteczek.

Aby osiągnąć równowagę, początkowe stężenie reagentów zmniejsza się wraz ze wzrostem początkowego stężenia produktów zgodnie z ich stosunkami molowymi. Ta zmiana stężenia reagentów i produktów jest oznaczona przez x.

Podstawienie stężeń równowagowych w wyrażeniu dla K_a daje x razy x podzielone przez 0,15 minus x.

W wielu słabych kwasach x, stopień dysocjacji, może być bardzo mały w porównaniu z początkowym stężeniem 0,15 mola. Można założyć, że 0,15 minus x wynosi około 0,15.

Gdy równanie zostanie rozwiązane, x jest równe 8,6 × 10⁻⁶ molowym.

Przybliżenie 0,15 minus x równe 0,15 jest ważne tylko wtedy, gdy x jest mniejsze niż 5% z 0,15 mola. Tutaj x wynosi 0,0057% z 0,15 mola, a zatem to przybliżenie jest prawidłowe.

Dlatego stężenie hydroniu wynosi 8,6 × 10⁻⁶ molowych. Aby określić pH, weź ujemny log stężenia jonów hydroniowych. Rozwiązanie tego pokazuje, że pH 0,15 M roztworu kwasu cyjanowodorowego wynosi 5,07.

pH roztworu można wykorzystać do oznaczenia K_a słabego kwasu.

Na przykład kwas octowy po rozpuszczeniu w wodzie dysocjuje częściowo na jony hydroniowe i jony octanowe. K_a dla kwasu octowego można wyrazić jako stężenie jonów hydroniowych pomnożone przez stężenie jonów octanowych podzielone przez stężenie kwasu octowego.

Jeśli pH 0,20 molowego roztworu kwasu octowego wynosi 2,72, można obliczyć jego stężenie hydroniowe, które wynosi 1,9 × 10⁻³ molowe.

Tabela ICE może być skonstruowana na podstawie początkowych i równowagowych stężeń kwasu octowego, jonów hydroniowych i jonów octanowych.

Używając liczb znaczących, 0,20 minus 1,9 × 10⁻³ jest zasadniczo równe 0,20. Podstawiając wartości równowagi do wyrażenia Ka, K _a wynosi 1,8 × 10⁻⁵.