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15.9:

산 혼합

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Chemistry
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Mixtures of Acids

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강산과 약산의 혼합물에서 강산은 완전히 해리되어 하이드로늄 이온의 농도를 현저하게 증가시키는 반면 약산은 부분적으로만 해리됩니다. 이와 유사하게 두 약산의 혼합물에서 상대적으로 강한 산은 약한 산보다 더 많은 하이드로늄 이온을 생성합니다. 두 경우 모두 더 강한 산이 있을 때 약한 산의 해리는 억제됩니다.르 샤틀리에의 원리는 더 강한 산들에 의한 하이드로늄 이온의 형성이 평형을 반응물 쪽으로 이동시켜 약한 산의 해리를 감소시킨다고 설명합니다. 따라서 산의 혼합물의 pH는 주로 더 강한 산의 농도에 의해 결정됩니다. 예를 들어, 0.15 몰의 염산과 0.30 몰의 시안화 수소산을 포함한 혼합물에서 강산인 염산은 0.15 몰의 하이드로늄 이온 농도를 생성합니다.이와 대조적으로 약산인 시안화 수소산은 부분적으로만 해리됩니다. 시안화 수소산에 의해 생성된 하이드로늄 이온의 농도는 산해리 상수 Ka와 ICE 표에서 계산할 수 있습니다. 하이드로늄 이온의 초기 농도는 염산의 초기 농도인 0.15 몰과 같으며, 시안화물 이온의 초기 농도는 0입니다.하이드로늄 이온과 시안화물 이온의 농도의 변화는 x로 표시됩니다. x는 상대적으로 작은 숫자이므로 5 퍼센트 규칙을 사용하면 0.30 빼기 x는 0.30에 근사할 수 있으며, 0.15 더하기 x는 0.15에 근사할 수 있습니다. 시안화 수소산의 Ka는 4.9 10⁻¹⁰로 하이드로늄 이온의 농도에 시안화물 이온의 농도를 곱하고 시안화 수소산 농도로 나눈 값과 같습니다.ICE 표의 값을 Ka 식에 대입하면 시안화 수소산에서 생성된 하이드로늄 이온의 농도를 얻을 수 있는 데 이 값은 염산에서 생성된 하이드로늄 이온의 농도에 비해 무시할 수 있을 정도로 작습니다. pH는 하이드로늄 이온 농도 0.15 몰의 음의 로그를 취하여 계산할 수 있습니다. 따라서, 혼합물의 pH는 오직 강산인 염산의 농도에 의해서만 결정됩니다.마찬가지로 동일한 양으로 존재하는 두 약산의 혼합물의 pH는 주로 상대적으로 강한 산의 농도에 의해 결정됩니다. 예를 들어 플루오린화 수소산과 시안화 수소산에서 플루오린화 수소산은 혼합물의 pH의 주요 결정요인이 될 것입니다. 왜냐하면 불화 수소산은 수소 시안산 Ka보다 거의 백만 배 높은 3.5 10⁻⁴의 Ka 값을 가지고 있기 때문입니다.

15.9:

산 혼합

산을 함유하는 용액의 pH는 산 성 해리상수 및 초기 농도를 사용하여 결정될 수 있다. 용액에 두 가지 다른 산이 포함되어 있는 경우, 그 pH는 산의 상대강도와 해리 상수에 따라 여러 가지 방법 중 하나를 사용하여 결정할 수 있다.

강한 산과 약한 산의 혼합물

강한 산과 약한 산의 혼합물에서, 강한 산은 완전히 해리하고 용액에 존재하는 거의 모든 하이드로늄 이온의 공급원이된다. 대조적으로, 약한 산은 부분 해리를 보여주고 하이드로늄 이온의 무시할 수 있는 농도를 생성합니다. 강한 산에 의해 생성 된 하이드로늄 이온의 높은 농도는 더 약한 산의 해리를 감소시킨다. 이는 르 샤텔리에의 원칙에 따르면 “평형의 화학 시스템이 방해를 받으면 시스템이 교란을 최소화하는 방향으로 이동한다”는 원칙에 따라 발생합니다. 강한 산에 의해 생성된 과잉 하이드로늄 이온은 평형을 방해하고, 따라서 평형이 확립될 때까지 반응이 역방향으로 이동한다. 이것은 약한 산의 해리의 감소로 이끌어 냅니다. 이러한 감소로 인해, 강하고 약한 산의 혼합물의 pH는 강한 산의 농도에서만 계산될 수 있다. 예를 들어, 염산(HCl)의 농도가 동등한 혼합물의 pH, 강한 산, 및 포산(HCHO2),약한 산은 HCl의 농도에서만 결정될 수 있다. 혼합물에서 HCl의 농도가 0.0020 M인 경우, 그 pH는 다음과 같이 계산될 수 있다.

Eq1

여기서, HCHO2에 의해 생성된 하이드로늄 이온의 농도와 물의 자가화는 무시할 수 있으므로 무시할 수 있다.

다른 해리 상수와 두 개의 약한 산의 혼합물

두 개의 약한 산의 혼합물에서, 혼합물의 pH는 그것의 해리 상수가 약한 산 보다 상당히 높은 경우에 강한 산에 의해 결정될 것이다. 예를 들어, 아질산(HNO2)및 저염산(HClO)의 농도가 동등한 혼합물에서 HNO2는 KA(4.6 × 10-4)가HClO의KA(2.9 × 10-8)보다 약 10,000배 높은 혼합물의 pH의 주요 결정자가 될 것이다. 르 샤텔리에의 원칙에 따르면, HClO는 HNO2의존재에 감소 된 해리를 보여줍니다.