Сильні та слабкі кислоти
Ступінь дисоціації кислого HA, тобто скільки виробляється H +, визначається виключно константою рівноваги (кислотна константа KS): 1
| (1) | HA = H + + A - | з KS = [H +] [A -]/[HA] |
Сильні кислоти повністю дисоціюють у воді, тоді як дисоціація неповна слабкими кислотами. Класифікація, заснована на кислотній константі або значенні рКа, очевидна.
Загальна кількість кислоти позначається CT ≡ [HA] T (що, тим не менше, є початковою концентрацією). У рівноважному стані вона складається з двох частин, недисоційованої та дисоційованої кислоти:
Сильні та слабкі кислоти відрізняються в наступних відношеннях (приблизно спрощених):
| Постійна рівноваги: | KS ≫ 1 | KS ≤ 1 |
| pKS = -log KS | pKS 0 | |
| [H +] = 10 -pH | [H +] ≈ КТ | [H +] ≪ КТ |
| недисоційована кислота: | [HA] ≈ 0 | [HA] ≈ КТ |
| дисоційована кислота: | [A -] ≈ КТ | [А -] ≪ КТ |
З якого значення рКа кислоту позначають як сильну чи слабку, не так чітко визначено. У літературі також можна знайти тонкий підрозділ на дуже сильні, сильні, слабкі та дуже слабкі кислоти. Але принцип залишається незмінним.
Наш підрозділ базується на способі обробки окремих кислот у програмах гідрохімії (PhreeqC або aqion) та використаних термодинамічних базах даних, і існує лише дві групи:
| сильні кислоти: | pKS 0 | (позитивні значення pKS) |
Багатопротонові кислоти. У разі N-протонних кислот (HNA) замість KS виникає кислотна константа K1 1-ї стадії дисоціації. Частка недисоційованої кислоти як функція рН може бути розрахована наступним чином (див. Додаток):
| (3) | недисоційована частина = \ (\ dfrac \) | з x = [H +] = 10 -pH |
На наступній схемі показана недисоційована фракція деяких сильних і слабких кислот. Малі символи кола позначають відповідне значення pK1. Як і слід було очікувати: сильні кислоти повністю дисоціюють у всьому, практично відповідному діапазоні рН (рН> 0 або -1).
Група 1: Сильні кислоти з pKS 2 3
Розрахунки рН для сильних кислот тут.
Група 2: кислоти з pKS> 0 («слабкі кислоти»)
Константи кислоти (або значення pKS), які використовуються в aqion, можна зчитувати безпосередньо з значень log K у термодинамічній базі даних. Вибір з них знаходиться тут (стандартні умови 25 та 1 атм):
| HSeO4 - = H + + SeO4 -2 | -1,66 | 1,66 | [З] |
| HSO4 - = H + + SO4 -2 | -1 988 | 1 988 | [З] |
| H3PO4 = H + + H2PO4 - | -2.147 | 2147 4 | [M] |
| Fe +3 + H2O = H + + FeOH +2 | -2.19 | 2.19 | [З] |
| H3AsO4 = H + + H2AsO4 - | -2.3 | 2.3 | [З] |
| H3Citrate = H + + H2Citrate - | -3.128 | 3.128 | [M] |
| H2SeO3 = H + + HSeO3 - | -3 | 3 | [З] |
| HF = H + + F - | -3.18 | 3.18 | [З] |
| HNO2 = H + + NO2 - | -3.22 | 3.22 | [E, L] |
| Формати HFormate = H + + - | -3753 | 3753 | [M] |
| H2Se = H + + HSe - | -3.8 | 3.8 | [З] |
| HLactate = H + + лактат - | -3 863 | 3 863 | [E, L] |
| H2MoO4 = H + + HMoO4 - | -3865 | 3865 | [M] |
| H MoO4 - = H + + MoO4 -2 | -4290 | 4290 | [M] |
| HAcetate = H ++ ацетат - | -4757 | 4757 | [M] |
| H2Citrate - = H + + HCitrate -2 | -4761 | 4761 | [M] |
| Al +3 + H2O = H + + AlOH +2 | -5.0 | 5.0 | [З] |
| H2CO3 * = H + + HCO3 - | -6.351 | 6,351 5 | [З] |
| HCitrate -2 = H + + Цитрат -3 | -6 396 | 6 396 | [M] |
| HCrO4 - = H + + CrO4 -2 | -6 509 | 6 509 | [M] |
| H2S = H + + HS - | -6,994 | 6,994 | [З] |
| H2AsO4 - = H + + HAsO4 -2 | -7.16 | 7.16 | [З] |
| H2PO4 - = H + + HPO4 -2 | -7.207 | 7.207 | [З] |
| HSeO3 - = H + + SeO3 -2 | -8.5 | 8.5 | [З] |
| H3AsO3 = H + + H2AsO3 - | -9.15 | 9.15 | [З] |
| H3BO3 = H + + H2BO3 - | -9.24 | 9.24 | [З] |
| NH4 + = H + + NH3 | -9252 | 9252 | [З] |
| H4SiO4 = H + + H3SiO4 - | -9,83 | 9,83 | [З] |
| HCO3 - = H + + CO3 -2 | -10 329 | 10 329 | [З] |
| HAsO4 -2 = H + + AsO4 -3 | -11.65 | 11.65 | [З] |
| HPO4 -2 = H + + PO4 -3 | -12 346 | 12 346 | [З] |
| HS - = H + + S -2 | -12 918 | 12 918 | [З] |
| H3SiO4 - = H + + H2SiO4 -2 | -13.17 | 13.17 | [З] |
Кислоти класифікуються відповідно до їх сили. Як уже зазначалося, в цій таблиці відсутні сильні кислоти з рКа 100 мМ, розраховані значення рН наведені тут (неорганічні кислоти) і тут (органічні кислоти). Ці кислоти доступні в модулі Reac для розрахунку рН та дозування хімічних речовин.
Різниця між слабкою та розведеною кислотою
Слабка і розбавлена кислота такі ж різні, як яблука та груші. Перший заснований на кислотній константі KS (як термодинамічну властивість, яку ніхто не може змінити), тоді як другий заснований на кількості кислоти або концентрації CT у воді:
| слабка кислота | ↔ | сильна кислота | ⇔ | КС невеликий | ↔ | КС великі |
| розбавлена кислота | ↔ | концентрована кислота | ⇔ | КТ невеликий | ↔ | КТ великий |
Ви не можете зробити сильну кислоту із слабкої, але ви можете змінювати ступінь розведення (або концентрацію) як завгодно:
| визначається: | Постійна кислоти КС | Кількість кислоти КТ |
| Відносини: | слабка ↔ сильна кислота | розведена ↔ концентрована кислота |
| КС малий ↔ КС великий | КТ малий ↔ КТ великий | |
| (pKS позитивний ↔ pKS) негативний | ||
| порівнює: | дві різні кислоти | Розведення тієї самої кислоти |
| описує: | Випуск H + | Розведення Н + |
| Категорія: | фундаментальна властивість | регульований параметр |
| (Нічого не можу з цим зробити) | (можна змінити) |
Відповідне призначення в просторі параметрів pK-CT виглядає так:
Додаток - Частка недисоційованої кислоти
Наведено N-протонну кислоту HNA, яка характеризується N константами рівноваги K1 до KN. Сума по всіх видах дає загальну концентрацію:
| (А1) | CT ≡ [HNA] T = [HNA] + [HN-1A -] +… + [A -N] |
Частка недисоційованих видів відповідає коефіцієнту розподілу a0:
| (A2) | недисоційована частина: | a0 = [HNA]/КТ |
його залежність від рН (виражена тут x = [H +] = 10 -pH) визначається як: 6
| (A3) | \ (a_0 (x) \, = \, \ ліворуч (1+ \ dfrac + \ dfrac + \ dfrac \ праворуч) ^ \ приблизно \, \ ліворуч (1+ \ dfrac \ праворуч) ^ \) |
| [E] | База даних EQ3/6 взято з: T.J. Wolery: EQ3/6, Пакет програм для геохімічного моделювання водних систем: Огляд та інструкція з встановлення (версія 7.0), Національна лабораторія Лоуренса Лівермора UCRL-MA-110662 PT I, вересень 1992 р. |
| [L] | База даних llnl взято з: „thermo.com.V8.R6.230“, підготовленого Джимом Джонсоном у Національній лабораторії ім. Лоуренса Лівермора, у форматі Workbench від Geochemist. Перетворено у формат Phreeqc Грегом Андерсоном за допомогою Девіда Паркхерста (llnl.dat 4023 2010-02-09 21: 02: 42Z dlpark) |
| [M] | База даних minteq взято з: J.D. Елісон, Д.С. Браун, К.Дж. Ново-Градац: MINTEQA2/PRODEFA2, Модель геохімічної оцінки екологічних систем, версія 3.0, Посібник користувача, EPA/600/3-91/021, березень 1991 р. |
| [З] | База даних wateq4f взято з: J.W. Болл і Д.К. Nordstrom: WATEQ4F - Посібник користувача з переглянутою базою термодинамічних даних та тестовими кейсами для розрахунку видоутворення основних, слідових та окислювально-відновних елементів у природних водах, США Звіт про відкриті файли 90-129, 1991 рік |
На цьому етапі ми ігноруємо різницю між концентрацією та діяльністю (що не змінює основної ідеї). ↩
Незалежно від того, всі розрахунки правильні. Приклади сильних кислот тут, тут, тут і тут. ↩
Хромова кислота - виняток, дані якого взяті з minteq [M]. ↩
Термодинамічна база даних wateq4f містить лише 2-ю та 3-ю стадії дисоціації фосфорної кислоти. З цієї причини до програми було додано ще зниклий вид “H3PO4” (на додаток до вже існуючих видів H2PO4-, HPO4-2 та PO4-3). Що стосується фосфорної кислоти, термодинамічні дані тепер ідентичні даним у базі даних minteq. ↩
У водній хімії замість «справжньої» вуглекислоти H2CO3 використовується композитна вугільна кислота H2CO3 * = CO2 (aq) + H2CO3. ↩
Кислотно-основні системи - математична довідка простих виразів у закритій формі (pdf); короткий зміст тут ↩