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

Kwasy poliprotonowe

26K views03:38 min

Kwasy monoprotonowe, podobnie jak kwas fluorowodorowy, zawierają pojedynczy jonizowalny proton. Natomiast kwasy poliprotonowe zawierają dwa lub więcej jonizowalnych protonów. Na przykład kwas siarkowy ma dwa jonizowalne protony, a kwas fosforowy ma trzy.

Kwas poliprotonowy traci kolejno każdy ze swoich protonów, a każda reakcja ma swoje własne Kaa.

Łatwiej jest usunąć proton z obojętnej cząsteczki niż z cząsteczki naładowanej ujemnie, ponieważ ładunek ujemny zwiększa siłę wiązania między protonem a anionem.

Dlatego dla kwasu fosforowego K_a do usuwania pierwszego protonu, K_a1, jest wyższy niż drugi proton, K_a2, który jest wyższy niż K_a3.

pH kwasu poliprotonowego można oszacować tylko przy użyciu pierwszej reakcji, jeśli K_a1 jest co najmniej tysiąc razy większe niż jego kolejne Kára.

Na przykład pH 0,050 molowego roztworu kwasu askorbinowego można określić za pomocą jego K_a1 i tabeli ICE.

Po rozpuszczeniu w wodzie kwas askorbinowy dysocjuje na jony hydroniowe i askorbinianowe. K_a1 dla tej reakcji wynosi 8 × 10⁻⁵ i jest równe stężeniu hydronimu pomnożonemu stężeniu monoanionu askorbinianu podzielonemu przez stężenie kwasu askorbinowego.

Dla tej reakcji można przygotować tabelę ICE ze stężeniami początkowymi i równowagowymi. Ze względu na małą wartość x, 0,050 minus x jest w przybliżeniu równe 0,050.

Podstawiając te wartości do wyrażenia dla K_a1, wartość x jest równa 0,0020 mola, co stanowi tylko 4% początkowego stężenia kwasu askorbinowego. W związku z tym przybliżenie jest prawidłowe.

pH roztworu wynosi 2,70.

Stężenie dianionu askorbinianu powstającego w drugim etapie reakcji można również obliczyć za pomocą K_a2 i tabeli ICE.

K_a2 jest równe 1,6 × 10⁻¹² i można je wyrazić jako stężenie hydroniu razy stężenie dianionu askorbinianu podzielone przez stężenie monoanionu askorbinianu.

W przypadku tej reakcji tabelę ICE wypełnia się początkowym stężeniem monoanionu askorbinianu i hydroniu z pierwszej reakcji, 0,002 mola. Ze względu na małą wartość x można ją pominąć w stężeniach równowagowych monoanionu askorbinianu i hydroniu.

Po podstawieniu tych wartości w wyrażeniu K_a2 i rozwiązaniu, x wynosi 1,6 ×10⁻¹² zębów trzonowych.

Ponieważ x jest mniejsze niż 5% z 0,002 mola, przybliżenie jest prawidłowe.

Ponieważ stężenie jonów hydroniowych, które powstały podczas drugiego etapu dysocjacji kwasu askorbinowego, jest znikome, pierwszy jonizowalny proton określa pH roztworu.

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

Kwasy są klasyfikowane według liczby protonów w cząsteczce, które mogą oddać w reakcji. Kwasy takie jak HCl, HNO3 i HCN, które zawierają jeden ulegają…