Back to chapter

15.2:

Sterke en Dissociatieconstante van Zuren en Basen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Acid/Base Strengths and Dissociation Constants

Languages

Share

Zuren en basen kunnen worden ingedeeld op basis van of ze een sterk zuur, een sterke base, een zwak zuur of een zwakke base zijn. Er zijn zeer weinig sterke zuren en basen, dus de meeste zuren en basen zijn zwak. Een sterk zuur, zoals zoutzuur, valt volledig uiteen in hydronium-ionen en chloride-ionen wanneer het wordt opgelost in water.Een sterke base, zoals natriumhydroxide, dissocieert volledig in natriumionen en hydroxide-ionen. Zwakke zuren en basen dissociëren gedeeltelijk en zijn aanwezig in zowel geïoniseerde als niet-geïoniseerde vormen. Zowel azijnzuur als zijn zwakke geconjugeerde base, acetaat, worden bijvoorbeeld aangetroffen in een waterige oplossing.De mate van dissociatie van een zwak zuur of zwakke base kan worden gemeten aan de hand van de evenwichtsconstante. De evenwichtsconstante voor zwakke zuren heeft een speciale naam, de zuurconstante of, Ka.Voor een generiek zwak zuur HA kan Ka bij een bepaalde temperatuur worden berekend door een evenwichtsvergelijking:de concentratie van producten, A-ion en hydronium-ion, wordt gedeeld door de concentratie van reactanten, HA en water. Omdat water vloeibaar is en de concentratie ervan nagenoeg ongewijzigd blijft tijdens de reactie, wordt het uitgesloten van de vergelijking.Hoe hoger de Ka, hoe sterker het zuur. Salpeterigzuur is sterker dan azijnzuur omdat de Ka van salpeterigzuur groter is dan de Ka van azijnzuur. De evenwichtsconstante voor zwakke basen, de baseconstante, of Kb, werkt op dezelfde manier als Ka.Voor een generieke zwakke base B kan Kb bij een bepaalde temperatuur worden bepaald door de concentratie van producten, BH-ion en hydroxide-ion te delen door de concentratie van reactant B.Net als zuren is ook de sterkte van de basen recht evenredig met de Kb.Ethylamine is bijvoorbeeld relatief sterker dan ureum omdat de Kb van ethylamine groter is dan de Kb van ureum.De sterkte van een zuur kan ook worden uitgedrukt in procent ionisatie. Het percentage ionisatie van zuur kan worden berekend door de hydronium-ionenconcentratie bij evenwicht te delen door de aanvankelijke zuurconcentratie en deze te vermenigvuldigen met honderd. Evenzo kan het ionisatiepercentage voor basen worden berekend door de hydroxide-ionenconcentratie bij evenwicht te delen door de beginconcentratie van base en deze te vermenigvuldigen met honderd.Hoe hoger het ionisatiepercentage, hoe sterker het zuur of de base.

15.2:

Sterke en Dissociatieconstante van Zuren en Basen

The relative strength of an acid or base is the extent to which it ionizes when dissolved in water. If the ionization reaction is essentially complete, the acid or base is termed strong; if relatively little ionization occurs, the acid or base is weak. There are many more weak acids and bases than strong ones. The most common strong acids and bases are listed below:

Strong Acids Strong Bases
HClO4 LiOH
HCl NaOH
HBr KOH
HI Ca(OH)2
HNO3 Sr(OH)2
H2SO4 Ba(OH)2

The relative strengths of acids may be quantified by measuring their equilibrium constants in aqueous solutions. In solutions of the same concentration, stronger acids ionize to a greater extent and so yield higher concentrations of hydronium ions than do weaker acids. The equilibrium constant for an acid is called the acid-ionization constant, Ka. For the reaction of an acid HA:  

Eq1

the acid ionization constant is written as 

Eq2

where the concentrations are those at equilibrium. Although water is a reactant in the reaction, it is the solvent as well, so we do not include [H2O] in the equation. The larger the Ka of an acid, the larger the concentration of H3O+ and A relative to the concentration of the nonionized acid, HA, in an equilibrium mixture, and the stronger the acid. An acid is classified as “strong” when it undergoes complete ionization, in which case the concentration of HA is zero and the acid ionization constant is immeasurably large (Ka ≈ ∞). Acids that are partially ionized are called “weak,” and their acid ionization constants may be experimentally measured.

To illustrate this idea, three acid ionization equations and Ka values are shown below. The ionization constants increase from first to last of the listed equations, indicating the relative acid strength increases in the order CH3CO2H < HNO2 < HSO4.

Eq3-5

Another measure of the strength of an acid is its percent ionization. The percent ionization of a weak acid is defined in terms of the composition of an equilibrium mixture: 

Eq6

where the numerator is equivalent to the concentration of the acid's conjugate base (per stoichiometry, [A] = [H3O+]). Unlike the Ka value, the percent ionization of a weak acid varies with the initial concentration of acid, typically decreasing as concentration increases.

Just as for acids, the relative strength of a base is reflected in the magnitude of its base-ionization constant (Kb) in aqueous solutions. In solutions of the same concentration, stronger bases ionize to a greater extent, and so yield higher hydroxide ion concentrations than do weaker bases. A stronger base has a larger ionization constant than does a weaker base. For the reaction of a base, B: 

Eq7

the ionization constant is written as 

Eq8

The inspection of the data for three weak bases presented below shows the base strength increases in the order NO2 < CH2 CO2 < NH3.

Eq9-11

As for acids, the relative strength of a base is also reflected in its percent ionization, computed as

Eq12

but will vary depending on the base ionization constant and the initial concentration of the solution.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.3: Relative Strengths of Acids and Bases.