Слабые кислоты и основания
Слабыми кислотами называются кислоты, которые диссоциируют не полностью (в отличие от сильных кислот), т.е. частично (см. Диссоциация кислот).
Ниже представлена реакция взаимодействия уксусной кислоты с водой:
CH3COOH+H2O ↔ CH3COO-+H3O+
Двусторонняя стрелка, разделяющая левую и правую части реакции, говорит о том, что она протекает одновременно в двух направлениях (система находится в равновесии), при этом, прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью (см. Химическое равновесие).
Вступая во взаимодействие с водой, уксусная кислота диссоциирует только на 5%, в то же время, 95% кислоты остается в молекулярном виде, по этой причине концентрация ионов гидроксония во много раз меньше, чем в растворе сильной кислоты.
Поскольку, слабые кислоты диссоциируют частично, то определить концентрацию ионов гидроксония в их растворах достаточно сложно. Для этого необходимо использовать выражение для константы равновесия слабой кислоты, которая характеризует диссоциацию слабого электролита, и называется константой диссоциации K.
Если в справочной таблице рядом с названием кислоты приведена ее константа диссоциации - это слабая кислота; если константы диссоциации не приведено - кислота является сильной.
В общем случае диссоциация слабой кислоты выражается в виде (HA - любая слабая кислота; [HA] - молярная концентрация слабой кислоты при установившемся равновесии):
HA+H2O ↔ A-+H3O+ K = ([A-][H3O+])/[HA]
Например, для нашего случая, константа диссоциации для уксусной кислоты равна 1,8·10-5. Надо обратить внимание, что в формуле для константы диссоциации нет концентрации воды, т.к. данная величина является константой и входит в состав выражения константы диссоциации K (см. Константа диссоциации).
Уравнение для константы диссоциации уксусной кислоты записывается в следующем виде:
K=1,8·10-5=([H3O+][CH3COO-])/[CH3COOH]
Данная формула позволяет вычислить концентрацию ионов гидроксония.
Допустим, первоначальная концентрация уксусной кислоты в нашем примере составляет 1 моль/л (1,0 М). Известно, что только незначительная часть уксусной кислоты продиссоциировала, образовав при этом некоторое кол-во ионов гидроксония и ацетата. Поскольку уравнение реакции является сбалансированным (прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью), то на каждый ион гидроксония образуется один ион ацетата (их концентрация одинакова):
[H3O+]=[CH3COO-]=x
Для того, чтобы получить некоторое кол-во ионов гидроксония и ацетата, необходимо точно такое же кол-во продиссоциированных молекул уксусной кислоты. Поэтому, в состоянии химического равновесия концентрацию уксусной кислоты можно выразить через разность между ее первоначальной концентрацией и концентрацией продиссоциированных молекул х:
[CH3COOH]=1,0-x
В большинстве случаев концентрация х достаточно мала по сравнению с первоначальной концентрацией слабой кислоты, поэтому, ей можно пренебречь:
[CH3COOH]=1,0
Концентрацию слабой кислоты в положении равновесия в большинстве случаев можно принять равной ее первоначальной концентрации:
K=1,8·10-5=([H3O+][CH3COO-])/[CH3COOH] K=1,8·10-5=([x][x])/[1,0]=[x]2/[1,0] x=√(1,8·10-5[1,0]) x=0,4·10-3=[H3O+]
Все сказанное выше о слабых кислотах, справедливо и по отношению к слабым основаниям.
Слабые основания также реагируют с водой с образованием равновесной системы. Например, молекула аммиака (слабое основание) диссоциирует с водой с образованием иона аммония и гидроксильной группы (см. Диссоциация оснований):
NH3+H2O ↔ NH4++OH-
Слабые основания также характеризуются константой диссоциации К, формула для которой аналогична кислотной, но решение необходимо искать для [OH-].
Еще по теме:
