Ισχυρά Οξέα και Βάσεις
Βασικές έννοιες
Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για τις ιδιότητες και το pH των ισχυρών οξέων και βάσεων και πώς να υπολογίσετε τις τιμές pH, pOH, pKa και pKb.
Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα
- Χημεία οξέος-βάσης
- Τύποι χημικών αντιδράσεων
- Τι είναι το pKa;
- Ιδιότητες οξέων και βάσεων
- Λίστα κοινών πολυατομικών ιόντων
- Αντίδραση εξουδετέρωσης οξέων βάσεων
Λεξιλόγιο
pH – ένα μέτρο της συγκέντρωσης του ιόντος υδρογόνου σε ένα διάλυμα.
pOH – ένα μέτρο της συγκέντρωσης του ιόντος υδροξειδίου σε ένα διάλυμα.
Ισχυρά οξέα – Εισαγωγή
Ένα ισχυρό οξύ (ΗΑ) διασπάται πλήρως σε ένα διάλυμα. Με άλλα λόγια, ιονίζεται 100% σε υδατικό διάλυμα. Επιπλέον, τα ισχυρά οξέα είναι καλοί δότες πρωτονίων και μπορούν να παραμείνουν σε υδατικό διάλυμα. Ισχυρός δότης πρωτονίων ορίζεται ένα μόριο στο οποίο ένα υδρογόνο συνδέεται με ένα ηλεκτραρνητικό άτομο, όπως το οξυγόνο ή ένα αλογόνο (φθόριο, χλώριο, βρώμιο, ιώδιο, αστατίνη και τεννεσίνη). Στο νερό, ένα ισχυρό οξύ χάνει ένα πρωτόνιο και το μεταφέρει στο H2 Μόρια O, σχηματίζοντας H3 O — ένα ιόν υδρονίου.
HA + H2 O → H3 O(aq) + A(aq)
Σε αυτό το παράδειγμα, το Α αντιπροσωπεύει το ανιόν ενός οξέος, για παράδειγμα ενός ιόντος χλωρίου ή νιτρικού.
Τα ισχυρά οξέα έχουν μεγάλη τιμή Ka (σταθερά διάστασης οξέος) και μικρή τιμή pKa (σταθερά διάστασης λογαριθμικού οξέος).
pH και pKa ενός ισχυρού οξέος
Ισχυρά οξέα όπως το υδροχλωρικό οξύ (HCl) έχουν pH περίπου 0 έως 1. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή του pH, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα, επομένως, ένα ισχυρότερο οξύ.
pH =-log [H]
Η σταθερά διάστασης οξέος, Ka, μετρά πόσο πλήρως ένα οξύ διασπάται σε ένα υδατικό διάλυμα. Η μεγάλη τιμή του Ka υποδηλώνει ένα ισχυρό οξύ, καθώς σημαίνει ότι το οξύ διασπάται σε μεγάλο βαθμό στα ιόντα του. Δεδομένου ότι τα ισχυρά οξέα διασπώνται πλήρως σε ένα διάλυμα, έχουν μικρή τιμή Ka.
Η σταθερά διάστασης του λογαριθμικού οξέος, pKa, έχει άμεση σχέση με το Ka. Επομένως, όσο χαμηλότερη είναι η τιμή pKa, τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.
pKa =-log [Ka ]
Συζευγμένη βάση ενός ισχυρού οξέος
Η συζευγμένη βάση ενός οξέος, είναι το ιόν που προκύπτει όταν το οξύ χάνει ένα πρωτόνιο. Για παράδειγμα, η συζευγμένη βάση του HCl είναι το ιόν χλωρίου, Cl. Η συζευγμένη βάση ενός ισχυρού οξέος είναι μια πολύ αδύναμη βάση. Τα άλατα που σχηματίζονται από αυτές τις συζευγμένες βάσεις έχουν συχνά pH 7 ή λίγο πάνω από 7. Για παράδειγμα, το χλωριούχο νάτριο, το θειικό νάτριο και το νιτρικό νάτριο έχουν όλα ανιόντα που είναι συζευγμένες βάσεις ισχυρών οξέων. Όλα αυτά τα άλατα έχουν pH κοντά στο 7 στο διάλυμα – το οποίο είναι ουδέτερο pH.
Ισχυρές βάσεις
Μια ισχυρή βάση (BOH) επίσης διασπάται πλήρως και ιονίζεται 100% σε ένα υδατικό διάλυμα. Επιπλέον, οι ισχυρές βάσεις είναι καλοί δέκτες πρωτονίων, οι οποίοι δεν μπορούν να παραμείνουν σε υδατικό διάλυμα. Για παράδειγμα, όλα τα ιόντα O μετατρέπονται σε ΟΗ, ιόντα υδροξειδίου, δεχόμενοι πρωτόνια από H2 Ω μόρια. Ως αποτέλεσμα, H2 Τα μόρια Ο μετατρέπονται σε ΟΗ. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα κατιόντα των ισχυρών βάσεων είναι διαλυτά στο νερό. Με άλλα λόγια, εάν ένα κατιόν είναι διαλυτό στο νερό, μπορεί να σχηματίσει μια ισχυρή βάση.
BOH + H2 O → B(aq) + OH(aq)
pOH και pKb μιας ισχυρής βάσης
Το pOH είναι ένα μέτρο του ιόντος υδροξειδίου (ΟΗ-) συγκέντρωση. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή pOH, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των ιόντων υδροξειδίου στο διάλυμα, επομένως, μια ισχυρότερη βάση.
pOH =-log [OH]
Η σταθερά διάστασης βάσης, Kb, μετρά πόσο πλήρως διαχωρίζεται μια βάση σε ένα υδατικό διάλυμα. Η μεγάλη τιμή Kb υποδηλώνει μια ισχυρή βάση, καθώς σημαίνει ότι η βάση είναι σε μεγάλο βαθμό διαχωρισμένη στα ιόντα της.
Με την τιμή Kb, μπορείτε να υπολογίσετε το pKb. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή pKb, τόσο ισχυρότερη είναι η βάση.
pKb =-log [Kb]
Το pH και το pOH ενός υδατικού διαλύματος σχετίζονται με την ακόλουθη εξίσωση:
pH + pOH =14
Εάν είναι γνωστό είτε το pH είτε η τιμή pOH ενός διαλύματος, μπορεί να υπολογιστεί το άλλο. Οι ισχυρές βάσεις έχουν γενικά pH μεταξύ 13 και 14.
Υπολογισμός του pH ισχυρών οξέων και βάσεων Παραδείγματα
Ε1. Ας υποθέσουμε ότι έχετε ένα διάλυμα HCl 0,1 M. Υπολογίστε το pH του
HCl + H2 O → H3 O(aq) + Cl(aq)
Δεδομένου ότι το υδροχλωρικό οξύ είναι ισχυρό, έχουμε 100% διάσταση. Το O.1M είναι επίσης η συγκέντρωση ιόντων υδρονίου.
Για να υπολογίσετε το pH, συνδέστε 0,1M στην εξίσωση pH:
pH =-log [H3 O] =-log (0,1) =1
Ε2. Ας υποθέσουμε ότι έχετε ένα διάλυμα NaOH 0,1M. Υπολογίστε το pH του
NaOH + H2 O → Na(aq) + OH(aq)
Δεδομένου ότι το υδροξείδιο του νατρίου είναι μια ισχυρή βάση, έχουμε 100% διάσταση. Το O.1M είναι επίσης η συγκέντρωση των ιόντων υδροξειδίου.
Για να υπολογίσετε το pH, συνδέστε 0,1M στην εξίσωση pOH:
pOH =-log [OH] =-log (0,1) =1
Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε την ακόλουθη εξίσωση για να λύσετε το pH:
pH + pOH =14
pH =14 – pOH =14 – 1 =13
Λίστα ισχυρών οξέων και βάσεων
Ας δούμε μερικά παραδείγματα κοινών ισχυρών οξέων και κοινών ισχυρών βάσεων.
Λίστα ισχυρών οξέων (7):
- HCl (υδροχλωρικό οξύ)
- HNO3 (νιτρικό οξύ)
- H2 SO4 (θειικό οξύ)
- HBr (υδροβρωμικό οξύ)
- HI (υδροϊωδικό οξύ)
- HClO3 (χλωρικό οξύ)
- HClO4 (υπερχλωρικό οξύ)
Λίστα ισχυρών βάσεων (8):
- LiOH (υδροξείδιο του λιθίου)
- NaOH (υδροξείδιο του νατρίου)
- KOH (υδροξείδιο του καλίου)
- Ca(OH)2 (υδροξείδιο του ασβεστίου)
- RbOH (υδροξείδιο του ρουβιδίου)
- Sr(OH)2 (υδροξείδιο του στροντίου)
- CsOH (υδροξείδιο καισίου)
- Ba(OH)2 (υδροξείδιο του βαρίου)
Γνωρίζατε ότι το φθοραντιμονικό οξύ είναι ένα παράδειγμα ενός πολύ ισχυρού οξέος, γνωστό ως σούπερ οξύ; Είναι εξαιρετικά διαβρωτικό και πρέπει να φυλάσσεται σε δοχεία από τεφλόν. Ένα υπεροξύ έχει μια εξαιρετική ικανότητα να εξαναγκάζει ένα πρωτόνιο σε ένα άλλο μόριο.
Γνωρίζατε ότι μπορείτε να συμπυκνώσετε θειικό οξύ σε ένα εργαστήριο βράζοντας νερό; Και το ζεστό θειικό οξύ είναι ένα από τα πιο επικίνδυνα υγρά που μπορεί να εισέλθει στο σώμα σας; Το θειικό οξύ είναι επίσης το ΜΟΝΟ ισχυρό οξύ με περισσότερα από ένα όξινα πρωτόνια. Κάντε κλικ εδώ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα πολυπρωτικά οξέα.
