Learning Objective
- Zidentyfikuj kluczowe cechy, które odróżniają kwasy poliprotic od kwasów monoprotic.
kluczowe punkty
- kwasy Poliprotowe mogą tracić dwa lub więcej kwaśnych protonów; kwasy diprotowe i kwasy triprotyczne są specyficznymi rodzajami kwasów poliprotowych, które mogą tracić odpowiednio dwa i trzy protony.,
- kwasy Poliprotowe wyświetlają tyle punktów równoważności w krzywych miareczkowania, ile mają kwaśnych protonów; na przykład kwas diprotowy miałby dwa punkty równoważności, podczas gdy kwas triprotyczny miałby trzy punkty równoważności.
- dla kwasów poliprotenowych pierwszy Ka jest zawsze największy, a następnie drugi itd.; oznacza to, że protony stają się sukcesywnie mniej kwaśne w miarę ich utraty.,
- chociaż tendencja do utraty każdego kwaśnego protonu maleje wraz z utratą kolejnych, wszystkie możliwe gatunki jonowe istnieją w roztworze; aby obliczyć ich stężenie ułamkowe, można użyć równań, które opierają się na stałych równowagi i stężeniu protonów w roztworze.,hat zawiera w swojej strukturze molekularnej dwa atomy wodoru na cząsteczkę zdolne do dysocjacji
- punkt równoważności punkt, w którym dodany titrant jest stechiometrycznie równy liczbie moli w substancji próbki; najmniejsza ilość titrantu niezbędna do pełnej neutralizacji lub reakcji z analitem
- titrationdetermining stężenia substancji w roztworze przez powolne dodawanie odmierzonych ilości innej substancji (często z biuretem), aż reakcja zostanie pokazana jako kompletna
. nazwa wskazuje, że kwasy poliprotowe zawierają więcej niż jeden kwasowy Proton., Dwa typowe przykłady to kwas węglowy (H2CO3, który ma dwa kwaśne protony i dlatego jest kwasem diprotowym) i kwas fosforowy (H3PO4, który ma trzy kwaśne protony i dlatego jest kwasem triprotycznym).
diprotic i poliprotic kwasy wykazują unikalne profile w eksperymentach miareczkowania, gdzie krzywa pH w stosunku do objętości titrant wyraźnie pokazuje dwa punkty równoważności dla kwasu; to dlatego, że dwa jonizujące hydrogeny nie dysocjacji z kwasu w tym samym czasie., W przypadku dowolnego kwasu poliprotowego pierwszy najmocniej kwaśny proton AMD dysocjuje całkowicie, zanim drugi najbardziej kwaśny proton zacznie się dysocjować.
kwasy Diprotowe
kwas diprotowy (tutaj symbolizowany przez H2A) może ulegać jednej lub dwóch dysocjacji w zależności od pH. dysocjacja nie zachodzi jednocześnie; każdy etap dysocjacji ma własną wartość Ka, oznaczoną Ka1 i 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}
pierwsza stała dysocjacji jest koniecznie większa od drugiej ( tj., Ka1 > Ka2); dzieje się tak dlatego, że pierwszy proton, który dysocjuje, jest zawsze najsilniej kwaśnym, a następnie kolejnym najsilniej kwaśnym protonem., Na przykład kwas siarkowy (H2SO4) może przekazać dwa protony w roztworze:
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}
ten pierwszy etap dysocjacji kwasu siarkowego nastąpi całkowicie, dlatego kwas siarkowy jest uważany za silny kwas; drugi etap dysocjacji jest jednak słabo DYSOCJUJĄCY.,
kwasy Triprotyczne
kwas triprotyczny (H3A) może ulegać trzem dysocjacjom i dlatego będzie miał trzy stałe dysocjacji: Ka1>Ka2> Ka3., Weźmy na przykład trzy etapy dysocjacji wspólnego kwasu triprotycznego:
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}=małe
hpo_4^{2-}\rightleftharpoons H^+(AQ)+PO_4^{3-}(AQ)\Quad\Quad K_{A3}=najmniejsze
ułamkowe stężenie koniugowanych gatunków zasad
chociaż późniejsza utrata każdego jonu wodorowego jest mniej korzystna, wszystkie sprzężone Zasady kwasu poliprotowego są w pewnym stopniu obecne w roztworze., Względny poziom każdego gatunku zależy od pH roztworu. Biorąc pod uwagę pH i wartości Ka dla każdego etapu dysocjacji, możemy obliczyć ułamkowe stężenie każdego gatunku, α (Alfa). Stężenie ułamkowe definiuje się jako stężenie określonej sprzężonej podstawy zainteresowania, podzielonej przez sumę stężeń wszystkich gatunków., Na przykład ogólny kwas diprotowy wytworzy trzy gatunki w roztworze: H2A, HA– i A2-oraz frakcyjne stężenie HA–, które jest podane przez:
\alpha=\frac{}{++}
poniższy wzór pokazuje, jak znaleźć to frakcyjne stężenie HA–, w którym znane są pH i stałe dysocjacji kwasu dla każdego etapu dysocjacji:
