Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

21.12: Сильні та слабкі кислоти та постійна іонізація кислот\(\left( K_\text{a} \right)\)

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19438

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Травлення скла - це повільний процес, який може створити красиві твори мистецтва. Традиційно скло обробляють розведеною плавиковою кислотою, яка поступово розчиняє скло під ним. Частини шматка, які не повинні бути протравлені, покриваються воском або будь-яким іншим нереактивним матеріалом. Останнім часом були використані такі сполуки, як біфторид амонію. Який би хімічний препарат не використовувався, художник повинен бути дуже обережним, щоб не потрапити на їх шкіру.

    Сильні та слабкі кислоти та постійна іонізація кислоти

    Кислоти класифікуються як сильні, так і слабкі, виходячи з їх іонізації у воді. Сильна кислота - це кислота, яка повністю іонізується у водному розчині. Хлористий водень повністю\(\left( \ce{HCl} \right)\) іонізується в іони водню і хлорид-іони у воді.

    \[\ce{HCl} \left( g \right) \rightarrow \ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{Cl^-} \left( aq \right)\nonumber \]

    Слабка кислота - це кислота, яка іонізується лише незначно у водному розчині. Оцтова кислота (міститься в оцті) - дуже поширена слабка кислота. Його іонізація показана нижче.

    \[\ce{CH_3COOH} \left( aq \right) \rightleftharpoons \ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{CH_3COO^-} \left( aq \right)\nonumber \]

    Іонізація оцтової кислоти неповна, і тому рівняння показано подвійною стрілкою. Ступінь іонізації слабких кислот варіюється, але, як правило, менше\(10\%\). \(0.10 \: \text{M}\)Розчин оцтової кислоти - це лише про\(1.3\%\) іонізовану, а це означає, що рівновага сильно сприяє реагентам.

    Слабкі кислоти, як і сильні кислоти, іонізуються з отриманням\(\ce{H^+}\) іона і кон'югатної основи. Оскільки\(\ce{HCl}\) це сильна кислота, її кон'югатна основа\(\left( \ce{Cl^-} \right)\) надзвичайно слабка. Хлоридний іон не здатний прийняти\(\ce{H^+}\) іон і стати\(\ce{HCl}\) знову. Взагалі, чим сильніше кислота, тим слабкіше її кон'югатна основа. Так само, чим слабкіше кислота, тим міцніше її кон'югатна основа.

    Кислота сполучені бази
    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Відносні сили кислот та їх сполучених основ
    Сильні кислоти  
    \(\ce{HCl}\)(соляна кислота) (найсильніша) \(\ce{Cl^-}\)(Хлорид-іон) (найслабший)
    \(\ce{H_2SO_4}\)(сірчана кислота) \(\ce{HSO_4^-}\)(іон сульфату водню)
    \(\ce{HNO_3}\)(азотна кислота) \(\ce{NO_3^-}\)(Нітрат-іон)
    Слабкі кислоти  
    \(\ce{H_3PO_4}\)(фосфорна кислота) \(\ce{H_2PO_4^-}\)(дигідрофосфат-іон)
    \(\ce{CH_3COOH}\)(оцтова кислота) \(\ce{CH_3COO^-}\)(ацетат-іон)
    \(\ce{H_2CO_3}\)(вугільна кислота) \(\ce{HCO_3^-}\)(іон гідрокарбонату)
    \(\ce{HCN}\)(Синильна кислота) (найслабша) \(\ce{CN^-}\)(іон ціаніду) (найсильніший)

    Сильні кислоти\(100\%\) іонізуються в розчині. Слабкі кислоти лише слабо іонізовані. Фосфорна кислота сильніше оцтової, і тому іонізується в більшій мірі. Оцтова кислота сильніше, ніж вугільна, і так далі.

    Постійна іонізації кислоти,\(K_\text{a}\)

    Іонізація для загальної слабкої кислоти\(\ce{HA}\), може бути записана наступним чином:

    \[\ce{HA} \left( aq \right) \rightarrow \ce{H^+} \left( aq \right) + \ce{A^-} \left( aq \right)\nonumber \]

    Оскільки кислота слабка, можна записати вираз рівноваги. Константа іонізації кислоти\(\left( K_\text{a} \right)\) - це постійна рівноваги для іонізації кислоти.

    \[K_\text{a} = \frac{\left[ \ce{H^+} \right] \left[ \ce{A^-} \right]}{\left[ \ce{HA} \right]}\nonumber \]

    Іонізація кислоти являє собою частку вихідної кислоти, яка була іонізована в розчині. Тому числове значення\(K_\text{a}\) є відображенням сили кислоти. Слабкі кислоти з відносно більш високими\(K_\text{a}\) значеннями сильніші, ніж кислоти з відносно меншими\(K_\text{a}\) значеннями. Оскільки сильні кислоти по суті\(100\%\) іонізовані, концентрація кислоти в знаменнику майже дорівнює нулю і\(K_\text{a}\) значення наближається до нескінченності. З цієї причини\(K_\text{a}\) значення, як правило, повідомляються лише для слабких кислот.

    У таблиці нижче наведено перелік констант іонізації кислоти для декількох кислот. Зверніть увагу, що поліпротові кислоти мають чітку константу іонізації для кожного етапу іонізації, причому кожна наступна постійна іонізації менше попередньої.

    Назва кислоти Рівняння іонізації \(K_\text{a}\)
    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Кислотні константи іонізації при\(25^\text{o} \text{C}\)
    Сірчана кислота

    \(\ce{H_2SO_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{HSO_4^-}\)

    \(\ce{HSO_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{SO_4^{2-}}\)

    		 \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">

    дуже великий

    \(1.3 \times 10^{-2}\)
    Щавлева кислота

    \(\ce{H_2C_2O_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{HC_2O_4^-}\)

    \(\ce{HC_2O_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{C_2O_4^{2-}}\)

    		 \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">

    \(6.5 \times 10^{-2}\)

    \(6.1 \times 10^{-5}\)
    фосфорна кислота

    \(\ce{H_3PO_4} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{H_2PO_4^-}\)

    \(\ce{H_2PO_4^-} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{HPO_4^{2--}}\)

    \(\ce{HPO_4^{2-}} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{PO_4^{3-}}\)

    		 \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">

    \(7.5 \times 10^{-3}\)

    \(6.2 \times 10^{-8}\)

    \(4.8 \times 10^{-13}\)
    плавикова кислота \(\ce{HF} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{F^-}\) \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(7.1 \times 10^{-4}\)
    Азотна кислота \(\ce{HNO_2} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{NO_2^-}\) \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(4.5 \times 10^{-4}\)
    Бензойна кислота \(\ce{C_6H_5COOH} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{C_6H_5COO^-}\) \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(6.5 \times 10^{-5}\)
    оцтова кислота \(\ce{CH_3COOH} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{CH_3COO^-}\) \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(1.8 \times 10^{-5}\)
    Вугільна кислота

    \(\ce{H_2CO_3} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{HCO_3^-}\)

    \(\ce{HCO_3^-} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{CO_3^{2-}}\)

    		 \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">

    \(4.2 \times 10^{-7}\)

    \(4.8 \times 10^{-11}\)
    Синильна кислота \(\ce{HCN} \rightleftharpoons \ce{H^+} + \ce{CN^-}\) \ (K_\ text {a}\)» style="вертикальне вирівнювання: по середині; вирівнювання тексту: центр; ">\(4.9 \times 10^{-10}\)

    Резюме

    • Сильна кислота - це кислота, яка повністю іонізується у водному розчині.
    • Слабка кислота - це кислота, яка іонізується лише незначно у водному розчині.
    • \(\left( K_\text{a} \right)\)Визначається константа іонізації кислоти.