Οξέα, βάσεις και ιοντική ισορροπία

Οξύ είναι αυτό που δίνει πρωτόνιο

Η θεωρία Arrhenius έλεγε ότι οξύ είναι ό,τι δίνει $H^+$ σε υδατικό διάλυμα. Δούλευε, αλλά ο περιορισμός ήταν άχρηστος: η αμμωνία συμπεριφέρεται σαν βάση και χωρίς νερό.

Κατά Brønsted-Lowry:

• οξύ είναι ο δότης πρωτονίου
• βάση είναι ο δέκτης πρωτονίου

Κάθε αντίδραση οξέος-βάσης είναι μεταφορά ενός πρωτονίου, και εμφανίζει δύο συζυγή ζεύγη:

$$HA + B \rightleftharpoons A^- + HB^+$$

Το $HA$ με το $A^-$ είναι το ένα ζεύγος, το $B$ με το $HB^+$ το άλλο. Τα δύο μέλη κάθε ζεύγους διαφέρουν σε ακριβώς ένα πρωτόνιο.

Το νερό και το Kw

Το νερό είναι αμφιπρωτικό: αντιδρά με τον εαυτό του, ελάχιστα αλλά μετρήσιμα.

$$K_w = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14} \ \text{(25 C)}$$

Από εκεί προκύπτει το $pH + pOH = 14$, και η κλίμακα που ξέρουμε. Το $K_w$ εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία — σε άλλη θερμοκρασία το ουδέτερο pH δεν είναι $7$.

Η κλίμακα, λογαριθμική

Σύρε την τιμή. Κάθε μονάδα pH είναι παράγοντας δέκα στη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου — γι' αυτό η διαφορά ανάμεσα σε pH 2 και pH 5 δεν είναι «λίγο», είναι χίλιες φορές.

pH 7 · ΟυδέτεροΊδια με το καθαρό νερόΚοντά σε αυτή την τιμή: καθαρό νερό

pH7

Ισχυρά και ασθενή

Ισχυρός ηλεκτρολύτης ιοντίζεται πλήρως. Η συγκέντρωση των ιόντων προκύπτει κατευθείαν από τη στοιχειομετρία:

διάλυμα $HCl$ $0{,}01$ M δίνει $[H_3O^+] = 0{,}01$ M, άρα $pH = 2$.

Ασθενής ιοντίζεται μερικώς, και η κατάσταση είναι ισορροπία με δική της σταθερά:

$$K_a = \frac{[H_3O^+][A^-]}{[HA]}, \qquad K_b = \frac{[BH^+][OH^-]}{[B]}$$

Για κάθε συζυγές ζεύγος ισχύει $K_a \cdot K_b = K_w$ — η ποσοτική μορφή του «ισχυρό οξύ, ασθενής συζυγής βάση».

Ο βαθμός ιοντισμού

Ο βαθμός ιοντισμού $\alpha$ είναι το κλάσμα των mol που ιοντίστηκαν προς τα αρχικά mol του ηλεκτρολύτη — καθαρός αριθμός από $0$ ως $1$, που συχνά δίνεται ως ποσοστό.

Για ασθενές οξύ με μικρό $\alpha$, η προσέγγιση που χρησιμοποιείται σε κάθε άσκηση δίνει

$$[H_3O^+] = \sqrt{K_a \cdot c}$$

Αραίωση και κοινό ιόν

Αραίωση. Μικρότερη συγκέντρωση σημαίνει μεγαλύτερο βαθμό ιοντισμού — η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα ιόντα, γιατί αυτά είναι περισσότερα σωματίδια. Το $[H_3O^+]$ όμως μειώνεται παρ' όλα αυτά, γιατί η αραίωση κερδίζει.

Επίδραση κοινού ιόντος. Προσθέτοντας σε διάλυμα ασθενούς οξέος ένα άλας του, δηλαδή τη συζυγή του βάση, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά: ο ιοντισμός καταστέλλεται και το pH ανεβαίνει.

Λυμένα παραδείγματα

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση