Back to chapter

15.5:

Relatieve Sterktes van Geconjugeerde Zuur-Baseparen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Relative Strengths of Conjugate Acid-Base Pairs

Languages

Share

De relatie tussen de dissociatieconstanten van een geconjugeerd zuur-basenpaar kan kwantitatief worden uitgedrukt. Voor een zwak zuur wordt HA, de zuurconstante, Ka, uitgedrukt als de hydronium-ionconcentratie maal de A-ionconcentratie gedeeld door de concentratie van HA.De baseconstante, Kb, voor zijn geconjugeerde base, A-ion, wordt uitgedrukt als de HA-concentratie maal de hydroxide-ionconcentratie gedeeld door de concentratie van het A-ion. Als de uitdrukkingen voor Ka en Kb worden vermenigvuldigd, is de resulterende vergelijking de evenwichtsuitdrukking voor Kw.Deze vergelijking laat zien dat de Ka voor een zwak zuur en de Kb voor de geconjugeerde base omgekeerd evenredig zijn.Een sterker zuur met een hogere Ka heeft altijd een proportioneel zwakkere geconjugeerde base met een lagere Kb en vice versa. Aangezien de waarde van Kw constant is, kan deze vergelijking worden gebruikt om Ka of Kb van een geconjugeerd zuur-basenpaar te berekenen als een van beide bekend is. Als de Kb voor een base bijvoorbeeld 1 10⁻⁶ is, kan de Ka voor zijn geconjugeerde zuur worden berekend als 1 10⁻⁸.De relatie tussen Ka, Kb en Kw kan ook worden uitgedrukt in termen van hun negatieve logaritmen, pKa, pKb en pKw. Voor de vergelijking is Ka maal Kb gelijk aan Kw, wanneer de negatieve logaritmen van beide zijden worden genomen, is de resulterende vergelijking pKa plus pKb is gelijk aan pKw, wat 14 is bij 25 graden Celsius. pKa en pKb kunnen ook worden gebruikt om de sterke punten van zwakke zuren en basen te vergelijken.Hoe lager de waarde van de pKa, hoe sterker het zuur. Op dezelfde manier geldt:hoe lager de waarde van de pKb, hoe sterker de basis. Een zuur met een pKa van 2, 1 is bijvoorbeeld sterker dan een zuur met een pKa van 4, 6.

15.5:

Relatieve Sterktes van Geconjugeerde Zuur-Baseparen

Brønsted-Lowry acid-base chemistry is the transfer of protons; thus, logic suggests a relation between the relative strengths of conjugate acid-base pairs. The strength of an acid or base is quantified in its ionization constant, Ka or Kb, which represents the extent of the acid or base ionization reaction. For the conjugate acid-base pair HA / A, the ionization equilibrium equations and ionization constant expressions are

Eq1

Eq2

Adding these two chemical equations yields the equation for the autoionization for water:

Eq3

As previously discussed, the equilibrium constant for a summed reaction is equal to the mathematical product of the equilibrium constants for the added reactions, and so

Eq4

This equation states the relation between ionization constants for any conjugate acid-base pair, namely, their mathematical product is equal to the ion product of water, KW. By rearranging this equation, a reciprocal relation between the strengths of a conjugate acid-base pair becomes evident:

Eq5

The inverse proportional relation between Ka and Kb means the stronger the acid or base, the weaker its conjugate partner.

Taking the negative log of both sides of the equation, Ka × Kb = KW yields

Eq6

then

Eq7

As pKW is 14 at 25 °C, this equation can also be written as

Eq1

The pKa and pKb also represent the strength of acids and bases, respectively. Like pH and pOH, the higher the value pKa or pKb, the weaker the acid or base, respectively. 

Acid Base
Perchloric acid (HClO4)* Perchlorate ion (ClO4)**
Sulfuric acid (H2SO4)* Hydrogen sulfate ion (HSO4)**
Hydrogen iodide (HI)* Iodide ion (I)**
Hydrogen bromide (HBr)* Bromide ion (Br)**
Hydrogen chloride (HCl)* Chloride ion (Cl)**
Nitric acid (HNO3)* Nitrate ion (NO3)**
Hydronium ion (H3O+) Water (H2O)
Hydrogen sulfate ion (HSO4) Sulfate ion (SO42−)
Phosphoric acid (H3PO4) Dihydrogen phosphate ion (H2PO4)
Hydrogen fluoride (HF) Fluoride ion (F)
Nitrous acid (HNO2) Nitrite ion (NO2)
Acetic acid (CH3CO2H) Acetate ion (CH3CO2)
Carbonic acid (H2CO3) Hydrogen carbonate ion (HCO3)
Hydrogen sulfide (H2S) Hydrogen sulfide ion (HS)
Ammonium ion (NH4+) Ammonia (NH3)
Hydrogen cyanide (HCN) Cyanide ion (CN)
Hydrogen carbonate ion (HCO3) Carbonate ion (CO32−)
Water (H2O) Hydroxide ion (OH)
Hydrogen sulfide ion (HS) Sulfide ion (S2)
Ethanol (C2H5OH) Ethoxide ion (C2H5O)
Ammonia (NH3) Amide ion (NH2)
Hydrogen (H2) Hydride ion (H)
Methane (CH4) Methide ion (CH3)
*Undergo complete acid ionization in water
Does not undergo acid ionization in water
**Does not undergo base ionization in water
 Undergo complete base ionization in water

The listing of conjugate acid–base pairs shown is arranged to show the relative strength of each species as compared with water. In the acid column, those species listed below water are weaker acids than water. These species do not undergo acid ionization in water; they are not Brønsted-Lowry acids. All the species listed above water are stronger acids, transferring protons to water to some extent when dissolved in an aqueous solution to generate hydronium ions. Species above water but below hydronium ion are weak acids, undergoing partial acid ionization, whereas those above hydronium ion are strong acids that are completely ionized in aqueous solution.

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