15.7: Zayıf Asit Çözeltileri

Çok az bileşik, güçlü asit görevi görür. Çok daha fazla sayıda bileşik, zayıf asitler olarak davranır ve yalnızca kısmen suyla reaksiyona girerek çözünmüş moleküllerin büyük çoğunluğunu orijinal formlarında bırakır ve nispeten az miktarda hidronyum iyonu üretir. Zayıf asitlerle doğada sıkça karşılaşılır; narenciye meyvelerinin keskin tadından, böcek ısırıklarının batma hissinden ve vücut kokusuyla ilişkili hoş olmayan kokulardan kısmen sorumlu olan maddelerdir. Zayıf asitlere tanıdık bir örnek, sirkedeki ana bileşen olan asetik asittir:

Yukarıdaki denklemde çift ok kullanılması, bu sürecin kısmi reaksiyon yönünü gösterir. Tipik koşullar altında suda çözündüğünde, iyonize edilmiş CH₃COO⁻ formunda asetik asit moleküllerinin yalnızca % 1'i bulunur.

Hidronyum İyon Konsantrasyonlarını ve Zayıf Asit Solüsyonunun pH'sını Hesaplama

Formik asit, HCO₂H, vücudun bazı karınca ısırıklarına ve sokmalarına tepki vermesine neden olan bir tahriş edicidir. 0,534-M formik asit çözeltisinin hidronyum iyon konsantrasyonu ve pH'sı nedir?

Bu sistem için ICE tablosu

Denge konsantrasyonu terimlerini K_a ifadesi ile değiştirmek şunu sağlar:

Nispeten büyük başlangıç konsantrasyonu ve küçük denge sabiti, x 'in 0,534'ten çok daha düşük olacağı varsayımını basitleştirmeye izin verir ve böylece denklem şu olur

x için denklemi çözmek şunu sağlar

x'in 0,534'e kıyasla küçük olduğu varsayımını kontrol etmek için onun relatif büyüklüğü tahmin edilebilir:

x, başlangıç konsantrasyonunun % 5'inden az olduğundan, varsayım geçerlidir. ICE tablosunda tanımlandığı gibi x, hidronyum iyonunun denge konsantrasyonuna eşittir:

Son olarak, pH şu şekilde hesaplanır

pH’dan K_a’nın belirlenmesi

0,0516 M'lik bir nitröz asit, HNO₂, çözeltisinin pH'sı 2,34’tür. K_a’sı nedir?

Elde edilen nitröz asit konsantrasyonu, çözelti içinde oluşabilecek herhangi bir kimyasal dengeyi hesaba katmayan bir formal konsantrasyondur. Bu tür konsantrasyonlar, ICE tablosu yaklaşımı kullanılarak denge hesaplamaları için “başlangıç” değerleri olarak kabul edilir. Hidronyum iyonunun başlangıç değerinin yaklaşık sıfır olarak listelendiğine dikkat edin, çünkü suyun otomatik iyonlaşması nedeniyle küçük bir H₃O⁺ konsantrasyonu mevcuttur (1 × 10⁻⁷ M). Çoğu durumda, bu konsantrasyon, söz konusu asidin (veya bazın) iyonlaşmasının oluşturduğu konsantrasyondan çok daha azdır ve ihmal edilebilir.

Elde edilen pH, nitröz asidin asit iyonlaşmasından kaynaklanan hidronyum iyon konsantrasyonunun logaritmik bir ölçüsüdür ve bu nedenle ICE tablosu için bir “denge” değerini temsil eder:

Bu sistem için ICE tablosu

Son olarak, tablodaki verileri kullanarak denge sabitinin değerini hesaplayın:

Bu metin bu kaynaklardan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions ve Openstax, Chemistry 2e,14.3 Relative Strengths of Acids and Bases.

Hidrosiyanik asit gibi zayıf bir asit su molekülüne bir proton verdiği ve hidronyum iyonu ürettiği için bir Brønsted asitidir. Zayıf bir asit, hidrosiyanik asit için 4, 9×10⁻¹⁰ olan asit ayrışma sabiti Ka'ya göre suda kısmen ayrışır. Hidrosiyanik asit için Ka hidronyum konsantrasyonu çarpı siyanür iyonlarının konsantrasyonunun hidrosiyanik asit konsantrasyonuna bölümüne eşittir.

Asit ayrışma sabiti Ka zayıf bir asit çözeltisindeki hidronyum iyon konsantrasyonunu ve dolayısıyla çözeltinin pH'ını belirlemek için kullanılabilir. Hidronyum iyonlarının konsantrasyonu ve 0, 15 molar hidrosiyanik asit çözeltisinin pH değeri denge ifadesi ve ICE tablosu kullanılarak hesaplanabilir. Başlangıçta ve dengede hidrosiyanik asit, hidronyum ve siyanür konsantrasyonları, moleküllerin her birinin İlk, Değişim ve Denge konsantrasyonlarını gösteren bir tabloda ifade edilebilir.

Dengeye ulaşmak için reaktanların başlangıç konsantrasyonu molar oranlarına göre ürünlerin başlangıç konsantrasyonu arttıkça azalır. Reaktiflerin ve ürünlerin konsantrasyonundaki bu değişiklik x ile gösterilir. Ka ifadesinde denge konsantrasyonlarının yerleştirilmesi x çarpı x, bölü 0, 15 eksi x'i verir.

Pek çok zayıf asitte, x, yani ayrışma miktarı, 0, 15 molarlık başlangıç konsantrasyonuna kıyasla çok küçüktür. 0, 15 eksi x, yaklaşık 0, 15 olarak kabul edilebilir. Denklem çözüldüğünde, x, 8, 6×10⁻⁶ molara eşittir.

0, 15 eksi x'in 0, 15'e yaklaşık eşit olması, yalnızca x, 0, 15 moların yüzde 5'inden küçükse geçerlidir. Burada x, 0, 15 moların yüzde 0, 0057'sidir ve bu nedenle bu yaklaşım geçerlidir. Bu nedenle, hidronyum konsantrasyonu 8, 6×10⁻⁶ molar'dır.

PH'ı belirlemek için, hidronyum iyon konsantrasyonunun negatif logaritmasını alabiliriz. Bunu işlem, 0, 15 M hidrosiyanik asit çözeltisinin pH'ının 5, 07 olduğunu gösterir. Bir çözeltinin pH'ı, zayıf bir asidin Ka'sını belirlemek için kullanılabilir.

Örneğin asetik asit, suda çözündüğünde kısmen hidronyum iyonlarına ve asetat iyonlarına ayrışır. Asetik asit için Ka, hidronyum iyon konsantrasyonunu çarpı asetat iyon konsantrasyonunun asetik asit konsantrasyonuna bölünmesiyle ifade edilebilir. 0, 20 molar asetik asit çözeltisinin pH değeri 2, 72 ise hidronyum konstrasyonu hesaplanabilir bu da 1, 9x10⁻³ molar olur.

ICE tablosu, asetik asit, hidronyum iyonları ve asetat iyonlarının başlangıç ve denge konsantrayonlarından oluşturulabilir. Önemli rakamlar gösterildiğinde 0, 20 eksi 1, 9×10⁻³ esasen 0, 20'ye eşittir. Denge değerlerini Ka ifadesine yerleştirildiğinde, Ka 1, 8 10⁻⁵'e eşittir.