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15.5:

짝산-염기쌍의 상대적 세기

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Relative Strengths of Conjugate Acid-Base Pairs

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짝산-염기쌍의 해리 상수 사이의 관계는 정량적으로 표현할 수 있습니다. 약한 산 HA의 경우 산 해리 상수 Ka는 하이드로늄 이온 농도와 A 이온 농도를 곱하고 HA 농도로 나눈 값으로 표현됩니다. 짝 염기인 A 이온에 대한 염기 해리 상수 Kb는 HA 농도와 수산화 이온 농도를 곱하고 A 이온 농도로 나눈 값으로 표현됩니다.Ka와 Kb에 대한 식을 곱하면 결과 방정식은 Kw에 대한 평형식이 됩니다. 이 방정식은 약산에 대한 Ka와 짝염기에 대한 Kb가 반비례한다는 것을 보여줍니다. Ka가 높은 강한 산은 항상 Kb가 낮은 짝 염기와 비례적으로 약해지며 그 반대도 마찬가지입니다.Kw의 값이 일정하므로 이 방정식은 Ka 또는 Kb 중 하나를 알고 있는 경우 짝산-염기 쌍의 Ka 또는 Kb를 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어 염기에 대한 Kb가 1 10⁻⁶이면 짝산의 Ka는 1 10⁻⁸로 계산될 수 있습니다. Ka, Kb 및 Kw 간의 관계는 마니너스 로그 pKa, pKb 및 pKw를 사용하여 표현할 수도 있습니다.방정식의 경우 Ka 곱하기 Kb는 Kw와 같으며 양측에 마이너스 로그를 취하면 결과 방정식 pKa 플러스 pKb는 섭씨 25도에서 14인 pKw와 같습니다. pKa와 pKb는 약한 산과 염기의 강도를 비교하는 데도 사용할 수 있습니다. pKa 값이 낮을수록 산성은 강해집니다.동일한 방식으로 pKb 값이 낮을수록 염기가 강해집니다. 예를 들어, pKa가 2.1인 산은 pKa가 4.6인 산보다 더 강합니다.

15.5:

짝산-염기쌍의 상대적 세기

Brønsted-Lowry 산 염기 화학은 양성자의 전달; 따라서, 논리는 컨쥬게이트 산염염 쌍의 상대적 강점 사이의 관계를 시사한다. 산 또는 염기의 강도는 산 또는 염기 이온화 반응의 정도를 나타내는 상수, Ka 또는 Kb에서정량화된다. 컨쥬게이트 산염기쌍HA/A-를위해, 이온화 평형 방정식 및 이온화 상수식은

Eq1

Eq2

이 두 화학 방정식을 추가하면 물에 대한 자가화를 위한 방정식이 생성됩니다.

Eq3

앞서 설명한 바와 같이, 합산된 반응에 대한 평형 상수는 추가된 반응에 대한 평형 상수의 수학적 제품과 동일하므로

Eq4

이 방정식은 모든 컨쥬게이트 산염 염기 쌍에 대한 이온화 상수 사이의 관계를 명시, 즉, 그들의 수학 제품은 물의 이온 제품, KW와동일하다. 이 방정식을 재배열하면 컨쥬게이트 산염 염기 쌍의 강점 간의 상호 관계가 분명해집니다.

Eq5

Ka와 Kb 사이의 역 비례 관계는 산또는 염기, 약한 컨쥬게이트 파트너를 의미한다.

방정식의 양쪽의 음수 로그를 복용, K는 × Kb = KW 수익률

Eq6

다음

Eq7

pKW는 25°C에서 14이므로 이 방정식은

Eq1

pKa 와 pKb는 또한 각각 산및 염기의 강도를 나타낸다. pH 및 pOH와 마찬가지로, 값이 높을수록 pKa 또는 pKb,산 또는 염기의 약해지는 것이 각각 된다.

기본
과염소산 (HClO4)* 과염소산 염 이온 (ClO4)**
황산 (H2SO4)* 황산수소 이온 (HSO4−)**
수소 요오드 (HI)* 요오디드 이온 (I)**
수소 브로마이드 (HBr)* 브로마이드 이온 (Br−)**
염화수소(HCl) * 염화물 이온 (Cl−)**
질산 (HNO3)* 질산염 이온 (NO3)**
하이드로늄 이온 (H3O+) 물 (H2O)
황산수소 이온 (HSO4) 황산이온 (SO42−)
인산 (H3PO4) 디수소 인산염 이온 (H2PO4– )
수소 불소 (HF) 불소 이온 (F)
아산화질소 (HNO2) 아질산 이온 (NO2– )
아세트산 (CH3CO2H) 아세테이트 이온 (CH3CO2)
탄산산 (H2CO3) 수소 탄산 이온 (HCO3)
황화수소 (H2S) 황화수소 이온 (HS)
암모늄 이온 (NH4+) 암모니아 (NH3)
시안화 수소 (HCN) 시안이데 이온 (CN)
수소 탄산 이온 (HCO3) 카보네이트 이온 (CO32−)
물 (H2O) 수산화 이온 (OH)
황화수소 이온 (HS) 황화물 이온 (S2− )
에탄올(C2H5OH) 에산화사이드 이온 (C2H5O− )
암모니아 (NH3) 아미드 이온 (NH2)
수소 (H2) 하이드라이드 이온 (H)
메탄 (CH4) 메타히드 이온 (CH3)
*물에 완전한 산 이온화를 겪습니다.
물 에서 산 이온화를 받지 않습니다.
**물에서 기본 이온화를 받지 않습니다.
 물 속에서 완전한 기본 이온화를 겪습니다.

표시된 컨쥬게이트 산-염기 쌍의 목록은 물과 비교하여 각 종의 상대적 강도를 나타내도록 배치되어 있습니다. 산성 기둥에서 물 아래에 나열된 종은 물보다 약한 산입니다. 이 종은 물에서 산 이온화를 겪지 않습니다; 그들은 브뢰른스테드 로리 산이 아닙니다. 물 위에 나열된 모든 종은 더 강한 산이며, 수성 용액에 용해될 때 양성자를 물로 어느 정도 옮겨 하이드로늄 이온을 생성합니다. 물 위의 종하지만 하이드로늄 이온 아래 종은 약한 산이다, 부분 산 이온화를 겪고, 하이드로늄 이온 위의 사람들은 수성 용액에서 완전히 이온화 되는 강한 산이다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 14.3: 산 및 기지의 상대적인 강점에서 적용됩니다.