Полипротонные кислоты

Монопротонные кислоты, такие как плавиковая кислота, содержат единственный ионизируемый протон. Напротив, полипротонные кислоты содержат два или более ионизируемых протона. Например, сернистая кислота имеет два ионизируемых протона, а фосфорная кислота три.

Полипротонная кислота последовательно теряет каждый из своих протонов, и каждая реакция имеет свою собственную Ka.Из нейтральной молекулы легче удалить протон, чем из отрицательно заряженной, потому что отрицательный заряд увеличивает прочность связи между протоном и анионом. Следовательно, для фосфорной кислоты Ка для удаления первого протона, Ka1, выше, чем для второго, Ka2, которая выше, чем Ka3. pH полипротонной кислоты можно оценить, используя только первую реакцию, если Ka1 по крайней мере в тысячу раз больше, чем ее последующие Ka.Например, pH 0, 050 М раствора аскорбиновой кислоты можно определить с помощью его Ka1 и таблицы концентраций.

При растворении в воде аскорбиновая кислота диссоциирует на ионы гидроксония и аскорбата. Ka1 для этой реакции равна 8 10⁻⁵, и она равна концентрации гидроксония, умноженной на концентрацию моноаниона аскорбата, деленную на концентрацию аскорбиновой кислоты. Для этой реакции может быть составлена таблица концентраций с начальной и равновесной концентрациями.

Из-за небольшого значения x 0, 050 минус x примерно равно 0, 050. Подставляя эти значения в выражение для Ka1, значение x равно 0, 0020 моль, что составляет всего 4%от начальной концентрации аскорбиновой кислоты. Таким образом, приближение верно.

pH раствора равен 2, 70. Концентрация дианиона аскорбата, образующегося на второй стадии реакции, также может быть рассчитана с использованием Ka2 и таблицы концентраций. Ka2 равен 1, 6 10⁻¹², и его можно выразить как концентрацию гидроксония, умноженную на концентрацию дианиона аскорбата, деленную на концентрацию моноаниона аскорбата.

Для этой реакции таблица концентраций заполняется начальной концентрацией моноаниона аскорбата и гидроксония из первой реакции, 0, 002 моль. Из-за небольшого значения x его можно не включать в равновесные концентрации моноаниона аскорбата и гидроксония. После подстановки этих значений в выражение Ka2 и решения x составляет 1, 6 10⁻¹² моль.

Поскольку x меньше 5%от 0, 002 моль, приближение действительно. Поскольку концентрация ионов гидроксония, которые были образованы во время второй стадии диссоциации аскорбиновой кислоты, незначительна, первый ионизируемый протон определяет pH раствора.