Acizi puternici și slabi
Gradul de disociere a unui acid acid, adică cât de mult H + este produs, este determinat exclusiv de constanta de echilibru (constantă acidă KS): 1
| (1) | HA = H + + A - | cu KS = [H +] [A -]/[HA] |
Acizii puternici se disociază complet în apă, în timp ce disocierea este incompletă cu acizii slabi. Prin urmare, este evidentă o clasificare bazată pe constanta acidă sau valoarea pKa.
Cantitatea totală de acid este notată cu CT ≡ [HA] T (care este totuși concentrația inițială). În starea de echilibru, acesta este alcătuit din două părți, acidul nedisociat și acidul disociat:
Acizii puternici și slabi diferă în următoarele aspecte (aproximativ simplificate):
| Constanta de echilibru: | KS ≫ 1 | KS ≤ 1 |
| pKS = -log KS | pKS 0 | |
| [H +] = 10 -pH | [H +] ≈ CT | [H +] ≪ CT |
| acid nedisociat: | [HA] ≈ 0 | [HA] ≈ CT |
| acid disociat: | [A -] ≈ CT | [A -] ≪ CT |
Din care valoare pKa un acid este desemnat ca puternic sau slab nu este atât de strict definit. În literatura de specialitate se găsesc și subdiviziuni fine în acizi foarte puternici, puternici, slabi și foarte slabi. Dar principiul rămâne același.
Divizia noastră se bazează pe modul în care acizii individuali sunt tratați în programele de hidrochimie (PhreeqC sau aqion) și bazele de date termodinamice utilizate și există doar două grupuri:
| acizi puternici: | pKS 0 | (valori pKS pozitive) |
Acizi multi-protonici. În cazul acizilor N-protonici (HNA), constanta acidă K1 din prima etapă de disociere apare în locul KS. Proporția de acid nedisociat în funcție de pH poate fi calculată după cum urmează (a se vedea apendicele):
| (3) | parte nedisociată = \ (\ dfrac \) | cu x = [H +] = 10 -pH |
Următoarea diagramă arată fracțiunea nedisociată a unor acizi puternici și slabi. Simbolurile cercului mic marchează valoarea pK1 asociată. Așa cum era de așteptat: acizii puternici sunt complet disociați în întregul interval de pH practic relevant (pH> 0 sau -1).
Grupa 1: Acizi tari cu pKS 2 3
Calculele pH-ului pentru acizii tari sunt aici.
Grupa 2: acizi cu pKS> 0 („acizi slabi”)
Constantele de acid (sau valorile pKS) utilizate în aqion pot fi citite direct din valorile log K din baza de date termodinamică. O selecție dintre acestea este aici (condiții standard 25 și 1 atm):
| HSeO4 - = H + + SeO4 -2 | -1,66 | 1,66 | [W] |
| HSO4 - = H + + SO4 -2 | -1.988 | 1.988 | [W] |
| H3PO4 = H + + H2PO4 - | -2.147 | 2.147 4 | [M] |
| Fe +3 + H2O = H + + FeOH +2 | -2.19 | 2.19 | [W] |
| H3AsO4 = H + + H2AsO4 - | -2.3 | 2.3 | [W] |
| H3Citrat = H + + H2Citrat - | -3.128 | 3.128 | [M] |
| H2SeO3 = H + + HSeO3 - | -3 | 3 | [W] |
| HF = H + + F - | -3.18 | 3.18 | [W] |
| HNO2 = H + + NO2 - | -3.22 | 3.22 | [E, L] |
| Formate HFormate = H + + - | -3.753 | 3.753 | [M] |
| H2Se = H + + HSe - | -3.8 | 3.8 | [W] |
| HLactat = H + + lactat - | -3.863 | 3.863 | [E, L] |
| H2MoO4 = H + + HMoO4 - | -3.865 | 3.865 | [M] |
| H MoO4 - = H + + MoO4 -2 | -4.290 | 4.290 | [M] |
| HAcetat = H ++ Acetat - | -4.757 | 4.757 | [M] |
| H2Citrat - = H + + HCitrat -2 | -4.761 | 4.761 | [M] |
| Al +3 + H2O = H + + AlOH +2 | -5.0 | 5.0 | [W] |
| H2CO3 * = H + + HCO3 - | -6.351 | 6.351 5 | [W] |
| HCitrat -2 = H + + Citrat -3 | -6.396 | 6.396 | [M] |
| HCrO4 - = H + + CrO4 -2 | -6.509 | 6.509 | [M] |
| H2S = H + + HS - | -6.994 | 6.994 | [W] |
| H2AsO4 - = H + + HAsO4 -2 | -7.16 | 7.16 | [W] |
| H2PO4 - = H + + HPO4 -2 | -7.207 | 7.207 | [W] |
| HSeO3 - = H + + SeO3 -2 | -8.5 | 8.5 | [W] |
| H3AsO3 = H + + H2AsO3 - | -9.15 | 9.15 | [W] |
| H3BO3 = H + + H2BO3 - | -9.24 | 9.24 | [W] |
| NH4 + = H + + NH3 | -9.252 | 9.252 | [W] |
| H4SiO4 = H + + H3SiO4 - | -9,83 | 9,83 | [W] |
| HCO3 - = H + + CO3 -2 | -10,329 | 10,329 | [W] |
| HAsO4 -2 = H + + AsO4 -3 | -11.65 | 11.65 | [W] |
| HPO4 -2 = H + + PO4 -3 | -12,346 | 12,346 | [W] |
| HS - = H + + S -2 | -12,918 | 12,918 | [W] |
| H3SiO4 - = H + + H2SiO4 -2 | -13.17 | 13.17 | [W] |
Acizii sunt clasificați în funcție de puterea lor. După cum sa menționat deja, acizii tari cu pKa 100 mM lipsesc în acest tabel, valorile pH-ului calculate sunt date aici (acizi anorganici) și aici (acizi organici). Acești acizi sunt disponibili în modulul Reac pentru calculul pH-ului și dozarea chimică.
Diferența dintre acidul slab și cel diluat
Acidul slab și cel diluat sunt la fel de diferiți ca merele și perele. Prima se bazează pe constanta acidă KS (ca proprietate termodinamică pe care nimeni nu o poate modifica), în timp ce a doua se bazează pe cantitatea de acid sau concentrația CT din apă:
| acid slab | ↔ | acid puternic | ⇔ | KS mic | ↔ | KS mare |
| acid diluat | ↔ | acid concentrat | ⇔ | CT mic | ↔ | CT mare |
Nu puteți face un acid puternic dintr-un acid slab, dar puteți schimba gradul de diluare (sau concentrație) după cum doriți:
| determinat de: | Constanta acidă KS | Cantitatea de acid CT |
| Relaţii: | slab ↔ acid puternic | diluați ↔ acid concentrat |
| KS mic ↔ KS mare | CT mic ↔ CT mare | |
| (pKS pozitiv ↔ pKS) negativ | ||
| compară: | doi acizi diferiți | Diluarea aceluiași acid |
| descrie: | Eliberarea lui H + | Diluarea H + |
| Categorie: | proprietate fundamentală | parametru reglabil |
| (Nu pot face nimic în acest sens) | (poate fi schimbat) |
Alocarea corespunzătoare în spațiul parametrilor pK-CT arată astfel:
Anexă - Proporția acidului nedisociat
Se dă un HNA acid N-protonic, care se caracterizează prin N constante de echilibru K1 până la KN. Suma pe toate speciile dă concentrația totală:
| (A1) | CT ≡ [HNA] T = [HNA] + [HN-1A -] +… + [A -N] |
Proporția speciilor nedisociate corespunde coeficientului de distribuție a0:
| (A2) | parte nedisociată: | a0 = [HNA]/CT |
dependența sa de pH (exprimată aici prin x = [H +] = 10 -pH) este dată de: 6
| (A3) | \ (a_0 (x) \, = \, \ left (1+ \ dfrac + \ dfrac + \ dfrac \ right) ^ \ approx \, \ left (1+ \ dfrac \ right) ^ \) |
| [E] | Bază de date EQ3/6 preluat de la: T.J. Wolery: EQ3/6, Un pachet software pentru modelarea geochimică a sistemelor apoase: Prezentare generală și ghid de instalare (versiunea 7.0), Laboratorul național Lawrence Livermore UCRL-MA-110662 PT I, septembrie 1992 |
| [L] | Bază de date llnl preluat de la: „thermo.com.V8.R6.230” pregătit de Jim Johnson la Lawrence Livermore National Laboratory, în format Geochemist’s Workbench. Convertit în format Phreeqc de Greg Anderson cu ajutorul lui David Parkhurst (llnl.dat 4023 2010-02-09 21: 02: 42Z dlpark) |
| [M] | Bază de date minteq preluat de la: J.D. Allison, D.S. Brown, K.J. Novo-Gradac: MINTEQA2/PRODEFA2, Un model de evaluare geochimică pentru sistemele de mediu, versiunea 3.0, Manual de utilizare, EPA/600/3-91/021, martie 1991 |
| [W] | Bază de date wateq4f preluat de la: J.W. Ball și D.K. Nordstrom: WATEQ4F - Manual de utilizare cu bază de date termodinamică revizuită și cazuri de testare pentru calcularea speciației elementelor majore, urme și redox în apele naturale, U.S.G.S. Raport Open-File 90-129, 1991 |
În acest moment ignorăm diferența dintre concentrare și activitate (ceea ce nu schimbă ideea de bază). ↩
Indiferent, toate calculele sunt corecte. Exemple de acizi puternici sunt aici, aici, aici și aici. ↩
Acidul cromic este o excepție, ale cărui date au fost preluate din minteq [M]. ↩
Baza de date termodinamică wateq4f conține doar a doua și a treia etapă de disociere a acidului fosforic. Din acest motiv, specia încă lipsă „H3PO4” a fost adăugată la program (pe lângă speciile deja existente H2PO4-, HPO4-2 și PO4-3). În ceea ce privește acidul fosforic, datele termodinamice sunt acum identice cu cele din baza de date minteq. ↩
În chimia acvatică, în locul acidului carbonic „adevărat” H2CO3, se folosește acidul carbonic compozit H2CO3 * = CO2 (aq) + H2CO3. ↩
Sisteme acido-bazice - Fundament matematic al expresiilor simple în formă închisă (pdf); un rezumat este aici ↩