15.12:
다양성자 산
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다양성자 산
산은 반응에서 포기할 수 있는 분자 당 양성자의 수에 의해 분류됩니다. HCl과 같은 산, HNO3및 HCN은 각 분자에 하나의 이온화 수소 원자를 포함하는 단보성 산이라고 합니다. 물에 대한 그들의 반응은 다음과 같습니다.
| 단보성산: 물과의 반응 |
| HCl(aq)+ H2O(l) = H3O+ (aq) + Cl− (aq) |
| HNO3 (aq)+ H2O(l) = H3O+ (aq) + NO3– (aq) |
| HCN(aq)+ H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + CN− (aq) |
4개의 수소 원자를 포함하더라도, 아세트산,CH3CO2H는 카르바실 군(COOH)의 수소 원자만이 기지와 반응하기 때문에 단보성입니다.
마찬가지로 단일 프로틱 베이스는 단일 양성자만 을 수용할 기지입니다.
디프로틱산은 분자당 이온화수소 원자 2개를 함유하고 있습니다. 이러한 산의 이온화는 두 단계로 발생합니다. 첫 번째 이온화는 항상 두 번째 이온화보다 더 큰 범위에서 일어난다. 예를 들어, 강한 산인 황산은 다음과 같이 이온화됩니다.
| 디프로틱산: 황산 (H2SO4) | ||
| 1st 이온화 | H2SO4 (aq)+ H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + HSO4− (aq) | Ka1 =102 이상; 완전한 해리 |
| 2nd 이온화 | HSO4– (aq)+ H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + SO42−(aq) | Ka2 = 1.2 × 10-2 |
이 단계별 이온화 과정은 모든 다형성산에 대해 발생합니다. 탄산, H2CO3은,약한 이프로틱산의 예입니다. 탄산산의 첫 번째 이온화는 소량으로 이온과 중탄산염 이온을 산출한다.
첫 번째 이온화 : H2CO3 (aq)+ H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + HCO3− (aq)
중탄산염 이온은 또한 산역할을 할 수 있습니다. 그것은 이온화하고 더 적은 양으로 하이드로늄 이온과 탄산이온을 형성한다.
두 번째 이온화 : HCO3− (aq) + H2O(l) ⇌ H3O+ (aq) + CO32− (aq)
KH2CO3는 KHCO3−보다 104의요인에 의해, 그래서 H2CO3솔루션에서 하이드로늄 이온의 지배적인 생산자이다. 이것은 HCO3–H2CO3의 이온화에 의해형성된 이온화에 의해 형성되어 하이드로늄 이온 (및 탄산 이온)과 H3O+ 및 HCO3의농도– H2CO3의순수한 수성 용액에서 실질적으로 동일하다는 것을 의미합니다.
약한 이온산의 제1 이온화가 상수가 20배 이상 인하여 제2보다 크면, 후속 이온화로 인한 종의 농도를 산출하기 전에 제1 이온화를 별도로 처리하고 그로 인한 농도를 계산하는 것이 적절하다. 이 방법은 다음 예제 연습에서 설명됩니다.
디프로틱산의 이온화
“탄산수”에는 용해된 이산화탄소의 맛이 있습니다. CO2가 물과 반응하여 탄산, H2CO3를형성하기 때문에 용액은 산성입니다. [H3O+], [HCO3−], 및 [CO32−]초기 [H2CO3]= 0.033과 CO2의 포화 솔루션은 무엇입니까?
이온화 상수에 의해 표시된 바와 같이,H2CO3은 HCO3보다훨씬 강한 산이다–그래서 단계적 이온화 반응은 별도로 처리 될 수있다. 제공된 정보를 사용하여 이 첫 번째 이온화 단계에 대한 ICE 테이블이 준비됩니다.
| H2CO3 (aq) | H3O+ (aq) | HCO3– (아크) | |
| 초기 농도(M) | 0.033 | ~0 | 0 |
| 변경(M) | -x | +x | +x |
| 평형 농도 (M) | 0.033 – x | Ⅹ | Ⅹ |
평형 방정식으로 평형 농도를 대체하면
x<< 0.033을 가정하고 단순화된 방정식 수율을 해결합니다.
ICE 테이블은 중탄산염 이온 어과 하이드로늄 이온 어과 동등한 x를 정의했습니다.
상기 계산된 중탄산염 이온 농도를 사용하여, 두 번째 이온화는 유사한 평형 계산을 실시합니다: HCO3− (aq) + H2O(l)⇌H3O+ (aq)+ CO32−(aq)
요약: 평형 [H2CO3]= 0.033 M; [H3O+] = 1.2 × 10-4; [HCO3−] = 1.2 × 10-4 M; 및 [CO32−] = 4.7 × 10-11 M.
삼중산은 3개의 이온화H 원자를 가지고 있는 산입니다. 인산은 한 가지 예입니다.
| 삼중산: 인산 (H3PO4) | ||
| 1st 이온화 | H3PO4 (aq)+ H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + H2PO4– (aq) | Ka1 = 7.5 × 10-3 |
| 2nd 이온화 | H2PO4– (aq) + H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + HPO42− (aq) | Ka2 = 6.2 × 10-8 |
| 3rd 이온화 | HPO42−(aq ) + H2O(l)⇌ H3O+ (aq) + PO43−(aq) | Ka3 = 4.2 × 10-13 |
이프로성 예는, 각 연속 이온화 반응은 이전보다 덜 광범위하며, 단계별 이온화 상수에 대한 감소값에 반영된다. 이것은 다염산및 연속이온화 상수의 일반적인 특성은 수시로 대략 105 106의요인에 의해 다릅니다.
3개의 해리 반응의 이 세트는H3PO4의 용액에서 평형 농도의 계산을 복잡하게 하는 것처럼 보일 수 있다. 그러나, 연속이온화 상수는 105~106의 비율로다르기 때문에, 이온화 반응을 동반하여 농도의 작은 변화에 큰 차이가 존재한다. 이를 통해 위의 예에서 설명한 것처럼 수학 단순화 가정과 프로세스를 사용할 수 있습니다. 다염염기는 둘 이상의 수소 이온을 수용할 수 있습니다. 탄산염 이온은 아래와 같이 두 개의 양성자를 받아들일 수 있기 때문에 이보성 염기의 예입니다. 다산의 경우와 유사하게 이온화 단계로 이온화 상수가 감소한다는 점에 유의하십시오. 마찬가지로, 다형성염 기지를 관련시키는 평형 계산은 polyprotic산에 대한 것과 같은 접근을 따릅니다.
