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

Ácidos Polipróticos

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Os ácidos monopróticos, como o ácido fluorídrico, contêm um único próton ionizável. Em contraste, os ácidos polipróticos contêm dois ou mais prótons ionizáveis. Por exemplo, o ácido sulfuroso tem dois prótons ionizáveis, e o ácido fosfórico tem três.

Um ácido poliprótico perde cada um dos seus prótons sequencialmente, e cada reação tem o seu próprio Ka.É mais fácil remover um próton de uma molécula neutra do que uma carregada negativamente porque a carga negativa aumenta a força de a ligação entre o próton e o ânion. Portanto, para o ácido fosfórico, o Ka para a remoção do primeiro próton, Ka1, é mais elevado do que o segundo, Ka2, que é superior a Ka3. O pH de um ácido poliprótico pode ser estimado utilizando apenas a primeira reação se Ka1 for pelo menos mil vezes maior do que os seus posteriores Ka's.

Por exemplo, o pH de uma 0, 050 solução molar de ácido ascórbico pode ser determinado utilizando a sua Ka1 e uma tabela ICE. Quando dissolvido em água, o ácido ascórbico dissocia-se no hidrónio e íons ascorbatos. O Ka1 para esta reação é de 8 10-⁵, e é igual à concentração de hidrónio vezes a concentração do monoânion ascorbato, dividido pela concentração de ácido ascórbico.

Uma tabela ICE pode ser preparada para esta reação com as concentrações inicial e de equilíbrio. Devido ao pequeno valor de x, 0, 050 menos x é aproximadamente igual a 0, 050. A substituição destes valores na expressão para Ka1, o valor para x é igual a 0, 0020 molar, que é apenas 4%do valor da concentração inicial do ácido ascórbico.

Assim, a aproximação é válida. O pH da solução igual a 2, 70. A concentração do monoânion ascorbato formado na segunda etapa da reação também pode ser calculado utilizando o Ka2 e uma tabela ICE.

Ka2 é igual a 1, 6 10-¹², e pode ser expresso como a concentração de hidrónio vezes a concentração do monoânion ascorbato dividido pela concentração do monoânion ascorbato. Para esta reação, a tabela ICE é preenchida com a concentração inicial do monoânion ascorbato e hidrónio desde a primeira reação, 0, 002 molar. Devido ao pequeno valor de x, este pode ser omitido das concentrações de equilíbrio do monoânion ascorbato e hidrónio.

Após a sua substituição os valores na expressão Ka2 e resolução, o x é 1, 6 10-¹² molar. Uma vez que x é inferior a 5%de 0, 002 molar, a aproximação é válida. Como a concentração de íons hidrônicos que foi gerada durante a segunda etapa do ácido ascórbico a dissociação é insignificante, o primeiro próton ionizável determina o pH da solução.

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

Os ácidos são classificados pelo número de protões por molécula que podem doar em uma reação. Ácidos como HCl, HNO₃, e HCN que contêm um átomo de hidr…