Syrabasjämvikt, buffertar & pH
På nivå 2 behandlas syror och baser som jämviktssystem. Syrakonstanten och baskonstanten beskriver hur långt protolysen går, och buffertar visar hur kopplade jämvikter kan stabilisera pH.
- Nivå 2
Förstå → Se exempel → Träna
Förstå
Syrakonstant Ka
För en svag syra HA + H₂O ⇌ H₃O⁺ + A⁻ beskriver Ka jämvikten mellan protolyserad och oprotolyserad syra. Större Ka motsvarar starkare syra inom jämförbara system.
pKa
pKa definieras som −log Ka. En lägre pKa betyder därför större Ka och starkare syra. Logaritmsambandet gör det lättare att jämföra jämviktskonstanter över många tiopotenser.
Svaga syror och pH
För en svag syra behöver H₃O⁺-koncentrationen bestämmas från jämvikten snarare än antas vara lika med syrans ursprungliga koncentration. En ICE-tabell kan användas för att ordna startvärden, förändring och jämviktsvärden.
Buffertverkan
En buffert innehåller betydande mängder av en svag syra och dess konjugerade bas, eller en svag bas och dess konjugerade syra. Tillsatt syra eller bas förbrukas delvis genom reaktion med buffertens komponenter, vilket minskar pH-förändringen.
Henderson–Hasselbalch
För många buffertproblem kan pH = pKa + log([A⁻]/[HA]) användas när förutsättningarna är rimliga. När koncentrationerna av syra och konjugerad bas är lika blir pH = pKa.
Jämvikter i verkliga miljöer
Syrabasjämvikter är viktiga i bland annat blod, naturvatten och hav. Där samverkar ofta flera jämvikter, och förändringar i exempelvis koldioxidhalt kan påverka pH och artfördelning.
Exempel
Exempel: buffert av etansyra och etanoat
- Bufferten innehåller CH₃COOH och CH₃COO⁻.
- Tillsatt H₃O⁺ reagerar huvudsakligen med CH₃COO⁻ och bildar mer CH₃COOH.
- Tillsatt OH⁻ reagerar huvudsakligen med CH₃COOH.
- Därför förändras kvoten mellan syra och bas gradvis i stället för att pH ändras lika kraftigt som i rent vatten.
Så gör du
- 1Skriv den relevanta syrabasjämvikten.
- 2Välj Ka, Kb eller buffertsamband beroende på system.
- 3Ställ upp koncentrationerna före och vid jämvikt.
- 4Lös för H₃O⁺ eller OH⁻ och beräkna pH eller pOH.
- 5Kontrollera om antaganden och approximationer är rimliga.
Vanliga misstag
Vanligt misstag
En svag syra ger alltid högre pH än en stark syra.
Bättre
pH beror både på syrastyrka och koncentration.
En mycket koncentrerad svag syra kan ha lägre pH än en mycket utspädd stark syra.
Vanligt misstag
En buffert håller pH exakt konstant oavsett hur mycket syra som tillsätts.
Bättre
Buffertkapaciteten är begränsad och pH ändras när komponenterna förbrukas.
Bufferten motstår förändring, den eliminerar den inte.
Vanligt misstag
Lägre pKa betyder svagare syra.
Bättre
Lägre pKa betyder större Ka och starkare syra.
pKa-skalan är invers genom minustecknet i definitionen.
Fundera
Varför är buffertkapacitet ett bättre begrepp än att säga att en buffert 'låser' pH?
Träna
Övning
En buffert innehåller lika koncentrationer av HA och A⁻. Vad gäller då för pH i förhållande till pKa enligt Henderson–Hasselbalch-ekvationen?
Sammanfattning
- Ka och Kb beskriver syrabasjämvikters läge.
- Lägre pKa motsvarar starkare syra.
- Svaga syrors pH kräver jämviktsberäkning.
- Buffertar består av ett konjugerat syra–bas-par i betydande mängder.
- Syrabasjämvikter är viktiga i biologiska och miljökemiska system.
Relaterade genomgångar
Fortsätt med något som hänger ihop med den här genomgången.
Kemisk jämvikt & jämviktskonstant
Förstå dynamisk jämvikt, skriv jämviktsuttryck och tolka hur störningar påverkar jämviktssystem.
Läs genomgångenReaktionshastighet & katalys
Förstå hur koncentration, temperatur, yta och katalysatorer påverkar hur snabbt en reaktion sker.
Läs genomgången