Lernziel
- Identifizieren Sie die wichtigsten Merkmale, unterscheiden polyprotic acids aus monoprotic Säuren.
Schlüsselpunkte
- Polyprotische Säuren können zwei oder mehr saure Protonen verlieren; diprotische Säuren und triprotische Säuren sind spezifische Arten von polyprotischen Säuren, die zwei bzw. drei Protonen verlieren können.,
- Polyprotische Säuren zeigen so viele Äquivalenzpunkte in Titrationskurven an wie die Anzahl der sauren Protonen, die sie haben; Zum Beispiel hätte eine Diprotinsäure zwei Äquivalenzpunkte, während eine Triprotinsäure drei Äquivalenzpunkte hätte.
- Bei polyprotischen Säuren ist die erste Ka immer die größte, gefolgt von der zweiten usw.; dies zeigt an, dass die Protonen sukzessive weniger sauer werden, wenn sie verloren gehen.,
- Obwohl die Tendenz, jedes saure Proton zu verlieren, abnimmt, wenn nachfolgende verloren gehen, existieren alle möglichen Ionenarten in Lösung; Um ihre fraktionierte Konzentration zu berechnen, kann man Gleichungen verwenden, die auf Gleichgewichtskonstanten und der Konzentration von Protonen in Lösung beruhen.,hat enthält in seiner Molekülstruktur zwei Wasserstoffatome pro Molekül, die in der Lage sind, sich zu dissoziieren
- Äquivalenzpunktder Punkt, an dem ein hinzugefügter Titrant stöchiometrisch gleich der Anzahl der Mol in der Substanz einer Probe ist; die kleinste Menge an Titrant, die erforderlich ist, um den Analyten vollständig zu neutralisieren oder mit ihm zu reagieren
- Titrationbestimmt die Konzentration einer Substanz in einer Lösung durch langsame Zugabe von gemessenen Mengen einer anderen Substanz (häufig mit einer Bürette), bis eine Reaktion vollständig gezeigt wird
Als der Name lässt vermuten, dass polyprotische Säuren mehr als ein saures Proton enthalten., Zwei gebräuchliche Beispiele sind Kohlensäure (H2CO3, das zwei saure Protonen aufweist und daher eine Diprotinsäure ist) und Phosphorsäure (H3PO4, das drei saure Protonen aufweist und daher eine Triprotinsäure ist).
Diprotische und polyprotische Säuren zeigen in Titrationsexperimenten einzigartige Profile, wobei eine pH-gegen-Titrantenvolumenkurve eindeutig zwei Äquivalenzpunkte für die Säure zeigt; dies liegt daran, dass die beiden ionisierenden Hydrogene nicht gleichzeitig von der Säure dissoziieren., Bei jeder polyprotischen Säure dissoziiert das erste und am stärksten saure Proton vollständig, bevor das zweithäufigste saure Proton überhaupt zu dissoziieren beginnt.
Diprotinsäuren
Eine Diprotinsäure (hier durch H2A symbolisiert) kann je nach pH-Wert eine oder zwei Dissoziationen erfahren. Dissoziation geschieht nicht auf einmal; Jeder Dissoziationsschritt hat seinen eigenen Ka-Wert, bezeichnet Ka1 und Ka2:
H_2A(aq) \rightleftharpoons H^+(aq) + HA^-(aq)) \quad\quad K_{a1}
HA^ – (aq) \rightleftharpoons H^+(aq) + A^{2 -} (aq)\quad\quad K_{a2}
Die erste Dissoziationskonstante ist notwendigerweise größer als die zweite ( dh, Ka1 > Ka2); Dies liegt daran, dass das erste zu dissoziierende Proton immer das am stärksten saure ist, gefolgt von dem nächsten am stärksten sauren Proton., Zum Beispiel kann Schwefelsäure (H2SO4) zwei Protonen in Lösung spenden:
H_2SO_4(aq)\rightarrow H^+(aq)+HSO_4^-(aq)\quad\quad K_{a1}=\text{large}
HSO_4^-(aq)\rightleftharpoons H^+(aq)+SO_4^-(aq)\quad\quad K_{a2}=\text{small}
Dieser erste Dissoziationsschritt der Schwefelsäure erfolgt vollständig, weshalb Schwefelsäure als starke Säure gilt; der zweite Dissoziationsschritt ist jedoch nur schwach dissoziierend.,
Triprotinsäuren
Eine Triprotinsäure (H3A) kann drei Dissoziationen durchlaufen und hat daher drei Dissoziationskonstanten: Ka1 > Ka2 > Ka3., Nehmen wir zum Beispiel die drei Dissoziationsschritte der gemeinsamen Triprotinsäure Phosphorsäure:
H_3PO_4(aq)\rightarrow H^+(aq)+H_2PO_4^-(aq)\quad\quad K_{a1}=large
H_2PO_4^-(aq)\rightleftharpoons H^+(aq)+HPO_4^{2-}(aq)\quad\quad K_{a2}=kleine
HPO_4^{2-}\rightleftharpoons H^+(aq)+PO_4^{3-}(aq)\quad\quad K_{a3}=kleinste
Fraktionierte Konzentration konjugierter Basenarten
Obwohl der nachfolgende Verlust jedes Wasserstoffions ungünstiger ist, sind alle konjugierten Basen einer polyprotischen Säure in gewissem Maße in Lösung vorhanden., Das relative Niveau jeder Art hängt vom pH-Wert der Lösung ab. Angesichts des pH-Werts und der Werte von Ka für jeden Dissoziationsschritt können wir die fraktionierte Konzentration jeder Art, α (alpha), berechnen. Die fraktionierte Konzentration ist definiert als die Konzentration einer bestimmten Konjugatbasis von Interesse, geteilt durch die Summe aller Spezieskonzentrationen., Zum Beispiel erzeugt eine generische Diprotinsäure drei Arten in Lösung: H2A, HA– und A2-und die fraktionierte Konzentration von HA–, die gegeben ist durch:
\alpha=\frac{}{++}
Die folgende Formel zeigt, wie diese fraktionierte Konzentration von HA– gefunden wird, in der pH und die Säuredissoziationskonstanten für jeden Dissoziationsschritt bekannt sind:
