Σχετική ισχύς οξέων και βάσεων

Ο ιονισμός ή η διάσταση όλων των οξέων και των βάσεων δεν είναι ο ίδιος. Αυτό σημαίνει ότι δεν είναι όλα τα οξέα και οι βάσεις εξίσου αποτελεσματικά στην παραγωγή ιόντων Η+ και ΟΗ– σε ένα υδατικό διάλυμα.

Επιπλέον, η ισχύς των οξέων και των βάσεων  ποικίλλει ευρέως. Όταν τα οξέα και οι βάσεις διαλύονται στο νερό, δημιουργούν μεταβλητές ποσότητες ιόντων υδρονίου ή υδροξυλίου. Το «ισχυρό» και το «αδύναμο» αναφέρονται στην αντοχή του οξέος ή της βάσης. Τα διαλύματα οξέος και βάσης κατηγοριοποιούνται σε «ισχυρά» ή «αδύναμα» με βάση την ηλεκτρική αγωγιμότητά τους.

Ο ορισμός του Bronsted-Lowery

Ο Johannes Bronsted και ο Martin Lowry όρισαν ξεχωριστά οξέα και βάσεις το 1923 με βάση την ικανότητα μιας ένωσης να δίνει ή να λαμβάνει πρωτόνια (ιόντα Η+). Τα οξέα περιγράφονται ως έχοντα την ικανότητα να συνεισφέρουν πρωτόνια με τη μορφή ιόντων υδρογόνου, ενώ οι βάσεις χαρακτηρίζονται ότι έχουν την ικανότητα να δέχονται πρωτόνια. 

Πριν και μετά την αντίδραση, μετρήστε τον αριθμό του υδρογόνου που υπάρχει σε κάθε ουσία για να προσδιορίσετε εάν είναι όξινη ή βασική. Εάν η ποσότητα των ατόμων υδρογόνου σε μια ουσία μειωθεί, η ουσία λέγεται ότι είναι όξινη (δωρίζει ιόντα υδρογόνου). Εάν η ποσότητα των ατόμων υδρογόνου σε μια ουσία έχει αυξηθεί, η ουσία αυτή αναφέρεται ως βασική (δέχεται ιόντα υδρογόνου). Αυτοί οι ορισμοί χρησιμοποιούνται συχνά για τα αντιδρώντα μόρια στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης. Η αντιστροφή της διαδικασίας προσδιορίζει ένα ξεχωριστό οξύ και βάση. Σε σύγκριση με την αριστερή πλευρά της εξίσωσης, τα στοιχεία στα δεξιά αναφέρονται ως συζευγμένη βάση και συζευγμένο οξύ.

Ισχύς οξέων ή βάσεων

Τα οξέα και οι βάσεις κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με τον αριθμό των μορίων H3O+ (ή) OH– που δημιουργούνται για κάθε μόριο της χημικής ουσίας που έχει διαλυθεί σε Η2Ο. Γενικά, τα οξέα και οι βάσεις ταξινομούνται είτε ως ισχυρά είτε ως αδύναμα. Ένα ασθενές οξύ διασπάται μερικώς στο νερό και ένα ισχυρό οξύ διασπάται πλήρως στο νερό.

Σταθερές ιονισμού σε όξινα διαλύματα

Οι σταθερές ισορροπίας των οξέων σε υδατικά διαλύματα μπορούν να καθορίσουν τις σχετικές αντοχές διαφορετικών οξέων σε ένα διάλυμα. Για την ίδια ποσότητα, τα ισχυρότερα οξέα ιονίζονται περισσότερο, παράγοντας περισσότερα ιόντα υδρονίου από τα ασθενέστερα οξέα. Η σταθερά ιονισμού οξέος, με συντομογραφία Ka, είναι η σταθερά ισορροπίας όξινου διαλύματος για ένα όξινο διάλυμα.

Το HA χρησιμοποιείται στην αντιδραστικότητα ενός οξέος:

HA (aq) +H2O (l) ⇌ H3O+ (aq) +A− (aq)

Η σταθερά ιονισμού οξέος συμβολίζεται με:

Ka=[H3O+] [A−]/ [HA]

Δεν προσθέτουμε [H2O] στον τύπο επειδή το νερό δρα ως αντιδρών και χρησιμεύει ως διαλύτης . Επομένως δεν θα το συμπεριλάβουμε. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή Ka ενός οξέος, τόσο υψηλότερες είναι οι συγκεντρώσεις των Η3Ο+ και Α− με την ποσότητα του μη ιονισμένου όξινου διαλύματος, ΗΑ. Ως αποτέλεσμα, η σταθερά ιονισμού ενός ισχυρότερου οξέος είναι υψηλότερη από εκείνη ενός ασθενέστερου οξέος. Η σταθερά ιονισμού αυξάνεται υπό την αυξανόμενη ισχύ του οξέος.

Το ποσοστό ιονισμού ενός οξέος είναι ένας άλλος τρόπος αξιολόγησης της αντοχής του. Το ποσοστό ιονισμού του ασθενούς οξέος ορίζεται ως ο λόγος της συγκέντρωσης του ιονισμένου οξέος προς την αρχική συγκέντρωση του οξέος πολλαπλασιαζόμενος επί 100:

Ποσοστό ιονισμού =[H3O+] eq/ [HA] 0 × 100%

Σταθερές ιονισμού σε βασικές λύσεις

Σε υδατικά διαλύματα, η ποσότητα της σταθεράς ιονισμού βάσης (Kb) αντανακλά τη σχετική ισχύ της βάσης . Οι ισχυρότερες βάσεις ιονίζονται πιο εύκολα από τις πιο αδύναμες βάσεις, με αποτέλεσμα μεγαλύτερες συγκεντρώσεις ιόντων υδροξειδίου σε παρόμοια διαλύματα. Η σταθερά ιονισμού μιας ισχυρότερης βάσης είναι μεγαλύτερη από αυτή μιας πιο αδύναμης βάσης.

Το B χρησιμοποιείται στην αντιδραστικότητα μιας βάσης:

B (aq) +H2O (l) ⇌ HB+ (aq) +OH− (aq)

Η βασική σταθερά ιονισμού συμβολίζεται με:

Kb=[HB+] [OH−]/ [B]

Το ποσοστό ιονισμού μιας βάσης, ένα μέτρο της σχετικής αντοχής της, μπορεί να υπολογιστεί ως:/P>

Ποσοστό ιονισμού =[OH−]eq/[B]0 × 100%

Σχετικές αντοχές των ζευγών οξέος-βάσεων

Η μεταφορά πρωτονίων στη χημεία οξέος βάσης Bronsted-Lowry δείχνει μια συσχέτιση μεταξύ των σχετικών δυνάμεων του συζυγούς ζεύγη οξέος-βάσης. αυτό είναι σύμφωνο με τη λογική. Η σταθερά ιονισμού ενός οξέος ή μιας βάσης (Ka ή Kb) μετρά πόσο έχει ιονιστεί το οξύ ή η βάση.

Οι σταθερές ισορροπίας για πρόσθετες αντιδράσεις πολλαπλασιάζονται μαθηματικά για να ληφθεί μια αθροιστική σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης.

Ka × Kb=[H3O+] [A−] / [HA] × [HA] [OH −] / [A−] =[H3O+] [OH−] =Kw

Αυτή η εξίσωση εκφράζει τη σχέση μεταξύ των σταθερών ιονισμού οποιουδήποτε συζυγούς ζεύγους οξέος-βάσης, δηλαδή ότι τα μαθηματικά τους προϊόν ισούται με το προϊόν ιόντων νερού, Kw. Η αναδιάταξη αυτής της εξίσωσης αποκαλύπτει μια αμοιβαία σχέση μεταξύ των δυνάμεων συζυγούς οξέος-βάσης:

Ka=Kw/Kb ή Kb=Kw/Ka

Αυτή η αντιστρόφως αναλογική σχέση σημαίνει ότι το οξύ ή η βάση έχουν μεγαλύτερη επίδραση στην αντοχή του συζυγούς.

Ασθενή οξέα και βάσεις

Η ισχύς ασθενούς υδρονίου ή υδροξυλίου των οξέων και βάσεων είναι χαμηλότερη από τη συνολική τους συγκέντρωση.

Ο υπολογισμός των συγκεντρώσεων των ιόντων υδρονίου ή υδροξυλίου που σχηματίζονται χρησιμοποιώντας ασθενή οξέα και βάσεις είναι δύσκολος από τον υπολογισμό των συγκεντρώσεων που παράγονται από ισχυρά οξέα και βάσεις. Περιλαμβάνει τη μόχλευση της σταθεράς ισορροπίας οξέος-βάσης για την παραγωγή του ιόντος υδρονίου ή υδροξυλίου.

Συμπέρασμα

Τα ισχυρά οξέα και οι βάσεις έχουν σχεδόν πλήρη ιονισμό. αδύναμα οξέα και βάσεις έχουν μόνο μερικό ιονισμό. Σύμφωνα με τις σταθερές διάστασης ασθενών οξέων και βάσεων, μπορεί να προσδιοριστεί η σχετική ισχύς αυτών των ουσιών. Η θερμοκρασία είναι ο μόνος παράγοντας που επηρεάζει τις σταθερές ισορροπίας. Όσο υψηλότερη είναι η σταθερή τιμή διάστασης του οξέος, τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ. Ομοίως, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της σταθεράς διάστασης της βάσης, τόσο ισχυρότερη είναι η βάση.