If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Kémia egyensúlyok gyenge savakkal/bázisokkal

Gyenge savak és bázisok disszociációs folyamatai és az ezekhez kacsolódó  Ks és Kb egyensúlyi állandók. Ks és Kb kapcsolata a pH-val, a disszociációfok kiszámítása. 

Főbb pontok

  • A HA általános képlettel felírható egyértékű gyenge savak és az A konjugált bázisuk esetén az egyensúlyi állandó a következő formában írható fel:
Ks=[H3O+][A][HA]
  • A Ks savi disszociációs állandó a gyenge sav disszociációjának mértékét jellemzi. Minél nagyobb a Ks értéke, annál erősebb a sav, és fordítva.
  • A B általános képlettel felírható gyenge bázisok és a BH+ konjugált savuk esetén az egyensúlyi állandó a következő formában írható fel:
Kb=[BH+][OH][B]
  • A Kb bázisállandó a gyenge bázis protonálódásának mértékét jellemzi. Minél nagyobb a Kb értéke, annál erősebb a bázis, és fordítva.

Erős és gyenge savak/bázisok

Az erős savak és bázisok olyan anyagok, amelyek teljes mértékben ionjaikra disszociálnak vizes oldatban. Ezzel szemben a gyenge savak és bázisok csak részlegesen disszociálnak, és a disszociációs reakció reverzibilis. Így a gyenge savak és bázisok oldatában töltéssel rendelkező és semleges részecskék is előfordulnak, és ezek dinamikus egyensúlyban vannak egymással.
Ebben a tananyagban a savak és bázisok disszociációs reakcióiról, valamint az ehhez kapcsolódó Ks savi disszociációs állandóról és Kb bázisállandóról lesz szó.

Bemelegítés: a saverősség és a pH összehasonlítása

1. feladat: Ugyanolyan koncentrációjú gyenge és erős sav

Két oldatunk van: 2,0M koncentrációjú hidrogén-fluorid (HF(aq)) és 2,0M koncentrációjú hidrogén-bromid (HBr(aq)) oldat. Melyik oldat pH-ja kisebb?
Válassz egyet:

2. feladat: Különböző koncentrációjú gyenge és erős sav

Most 2,0M koncentrációjú hidrogén-fluorid (HF(aq)) és 1,0M koncentrációjú hidrogén-bromid (HBr(aq)) oldatunk van. Melyik oldat pH-ja kisebb?
Tételezzük fel, hogy nem ismerjük a hidrogén-fluorid disszociációjának egyensúlyi állandóját.
Válassz egyet:

A gyenge savak és a savi disszociációs állandó (Ks)

A gyenge savak azok a savak, amelyek nem disszociálnak teljes mértékben vizes oldatban. Más szóval gyenge sav bármely sav, amely nem erős sav.
A gyenge savak erőssége attól függ, hogy milyen mértékben disszociálnak: minél nagyobb a disszociáció mértéke, annál erősebb sav. A gyenge savak relatív erősségének mennyiségi jellemzéséhez a savi disszociációs állandót (Ks), vagyis a sav disszociációs reakciójának egyensúlyi állandóját vizsgáljuk.
A HA általános képletű egyértékű gyenge savra a vizes oldatban lejátszódó disszociáció a következő formában írható fel:
HA(aq)+H2O(f)H3O+(aq)+A(aq)
Ezen reakció alapján felírhatjuk a Ks egyensúlyi állandót:
Ks=[H3O+][A][HA]
Az egyensúlyi állandó a termékek kiindulási anyagokhoz viszonyított aránya. Minél több HA disszociál H+-ionra és az A konjugált bázisra, annál erősebb a sav, és annál nagyobb a Ks értéke. Mivel a pH a [H3O+]-ion koncentrációtól függ, az oldat pH-ja függ Ks-től, ahogy a sav koncentrációjától is: nagyobb savkoncentráció és/vagy Ks esetén a pH kisebb lesz.

Közismert gyenge savak

A malonsav (C4H6O5) az almában megtalálható szerves sav. Kép forrása: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.
A karboxilcsoport a gyenge szerves savak jól ismert funkciós csoportja, képlete COOH. A malonsav (C4H6O5), olyan szerves sav, amely két karboxilcsoportot tartalmaz. Hozzájárul az alma és más gyümölcsök savanykás ízéhez. Mivel a molekulában két karboxilcsoport található, az almasav potenciálisan akár két proton leadására is képes.
Az alábbi táblázatban néhány gyenge sav és azok Ks értékei vannak feltüntetve.
NévKépletKs(25C)
AmmóniumionNH4+5,61010
KlórossavHClO21,2102
Hidrogén-fluoridHF7,2104
EcetsavCH3COOH1,8105
Fogalom-ellenőrzés: a fenti táblázat alapján melyik erősebb sav: az ecetsav vagy a hidrogén-fluorid?

1. példa: számítsuk ki egy gyenge sav disszociációjának mértékét!

A gyenge savak vizes oldatban való disszociációjának mértéke megadható a %-ban kifejezett disszociációfokkal. A %-ban kifejezett disszociációfok a HA gyenge savra a következőképpen számítható ki:
disszociációfok (%)=[A(aq)][HA(aq)]100%
Ha a salétromossav (HNO2) Ks értéke 25C-on 4,0104, mennyi a %-ban kifejezett disszociációfok a salétromossav 0,400 M oldatában?
Nézzük végig lépésről lépésre a feladatot!

1. lépés: írjuk fel a disszociációs reakció rendezett egyenletét!

Először írjuk fel a HNO2 vízben történő disszociációjának rendezett egyenletét. A salétromossav átadhat egy hidrogéniont a víznek, így NO2(aq) keletkezik:
HNO2(aq)+H2O(f)H3O+(aq)+NO2(aq)

2. lépés: írjuk fel a Ks egyensúlyi állandót!

Az 1. lépés reakcióegyenletéből fel tudjuk írni a salétromossav Ks egyensúlyi állandóját:
Ks=[H3O+][NO2][HNO2]=4,0104

3. lépés: számítsuk ki az egyensúlyi [H+] és [NO2] koncentrációkat!

A következő lépésben a bekövetkező koncentrációváltozásokat összegző táblázat segítségével kifejezhetjük a Ks egyensúlyi állandó egyenletében szereplő koncentrációkat.
HNO2(aq)H3O+NO2
Kiindulás0,400M00
Változásx+x+x
Egyensúly0,400Mxxx
Az egyensúlyi koncentrációkat a Ks kifejezésébe helyettesítve ezt kapjuk:
Ks=(x)(x)(0,400Mx)=4,0104
A kifejezést egyszerűsítve ezt kapjuk:
x20,400Mx=4,0104
Ez másodfokú egyenlet, amelyből a másodfokú egyenlet megoldóképlete segítségével vagy közelítő módszerrel ki tudjuk számítani az x-et.
Mindkét módszerrel x=0,0126 M lesz. Így [NO2]=[H3O+]=0,0126 M.

4. lépés: számítsuk ki a disszociációfokot!

A disszociációfok kiszámításához a 3. lépésben meghatározott egyensúlyi koncentrációkat használhatjuk:
disszociációfok (%)=[NO2][HNO2]=0,0126 M0,400 M100%=3,2%
Tehát a HNO2 3,2%-a disszociált az oldatban H+- és NO2-ionokra.

A gyenge bázisok és a Kb

Most nézzük meg a Kb bázisállandót Azzal kezdjük, hogy felírjuk a B általános képletű gyenge bázis reakcióját vízzel. Ebben a reakcióban a bázis felvesz egy hidrogéniont a víztől, így hidroxidion, valamint a konjugált sav, BH+ keletkezik:
B(aq)+H2O(f)BH+(aq)+OH(aq)
A Kb egyensúlyi állandó a következőképpen írható fel:
Kb=[BH+][OH][B]
Ebből az arányból láthatjuk, hogy minél több BH+ keletkezik a bázisból, annál erősebb a bázis, és annál nagyobb a Kb értéke. Így az oldat pH-ja függ a Kb értékétől és a bázis koncentrációjától is.

2. példa: a pH számolása gyenge bázis oldatában

Mennyi az 1,50 M koncentrációjú ammóniaoldat (NH3) pH-ja? (Kb=1,8105)
Ez egy egyensúlyi feladat plusz egy lépéssel: [OH]-ból kell a pH-t meghatározni. Számoljuk ki lépésről lépésre!

1. lépés: írjuk fel a rendezett reakcióegyenletet!

Először írjuk fel az ammónia és a víz között lejátszódó reakciót. Az ammónia felvesz egy hidrogéniont a víztől, így ammóniumion (NH4+) keletkezik:
NH3(aq)+H2O(f)NH4+(aq)+OH(aq)

2. lépés: írjuk fel a Kb egyensúlyi állandót!

A rendezett reakcióegyenletből fel tudjuk írni a Kb egyensúlyi állandót:
Kb=[NH4+][OH][NH3]=1,8105

3. lépés: számítsuk ki az egyensúlyi [NH4+] és [OH] koncentrációkat!

Az egyensúlyi koncentrációk meghatározásához a bekövetkező koncentrációváltozásokat összegző táblázatot használjuk:
NH3(aq)NH4+OH
Kiindulás1,50M00
Változásx+x+x
Egyensúly1,50Mxxx
Az egyensúlyi koncentrációértékeket beírva a Kb kifejezésbe ezt kapjuk:
Kb=(x)(x)1,50Mx=1,8105
Egyszerűsítve ezt kapjuk:
x21,50Mx=1,8105
Ez másodfokú egyenlet, amelyet a másodfokú egyenlet megoldóképlete alapján vagy közelítő módszerrel meg tudunk oldani. Mindkét módszerrel ez lesz az eredmény:
x=[OH]=5,2103 M

4. lépés: számoljuk ki a pH-t a [OH]-ból!

Most már ismerjük a hidroxidionok koncentrációját, így ki tudjuk számolni a pOH-t:
pOH=log[OH]=log(5,2103)=2,28
Emlékezz vissza arra, hogy 25C-on, pH+pOH=14. Az egyenlet átrendezésével azt kapjuk, hogy:
pH=14pOH
A pOH értékét behelyettesítve azt kapjuk, hogy:
pH=14,00(2,28)=11,72
Ezért az oldat pH-ja 11,72.

Közismert gyenge bázisok

A piridin (balra) gyűrűs nitrogéntartalmú vegyület. Az aminok (jobbra) szerves vegyületek. Egy olyan semleges nitrogénatomot tartalmaznak, amely három egyszeres kötéssel hidrogén- vagy szénatomokhoz kapcsolódik. Mindkét molekula gyenge bázisként viselkedik.
A szappanoktól a háztartási tisztítószerekig a gyenge bázisok mindenhol jelen vannak. Az aminocsoport, amelyben a semleges nitrogén három kötéssel más atomokhoz (általában szénhez vagy hidrogénhez) kapcsolódik, a szerves gyenge bázisok gyakori funkciós csoportja.
Az aminok az aminocsoportjuk révén bázisként viselkednek, mivel a nitrogén nemkötő elektronpárja képes egy H+ felvételére. Az ammónia (NH3) az aminocsoportot tartalmazó bázisok egyik példája. A piridin (C5H5N) másik példa a nitrogéntartalmú bázisokra.

Összefoglalás

  • A HA általános képlettel felírható egyértékű gyenge savak és az A konjugált bázisuk esetén az egyensúlyi állandó a következő formában írható fel:
Ks=[H3O+][A][HA]
  • A Ks savi disszociációs állandó a gyenge sav disszociációjának mértékét jellemzi. Minél nagyobb Ks értéke, annál erősebb a sav, és fordítva.
  • A B általános képlettel felírható gyenge bázisok és a BH+ konjugált savuk esetén az egyensúlyi állandó a következő formában írható fel:
Kb=[BH+][OH][B]
  • A Kb bázisállandó (vagy bázis disszociációs állandó) a gyenge bázis protonálódásának mértékét jellemzi. Minél nagyobb Kb értéke, annál erősebb a bázis, és fordítva.

Tudáspróba

1. Feladat: Kb meghatározása a pH-ból

Az 1,50 M koncentrációjú piridinoldat (C5H5N) pH-ja 25C-on 9,70. Mennyi a piridin Kb értéke?
Válassz egyet:

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.