ما هو ثابت تفكك الحمض أو كا في الكيمياء؟

 

مارتجي فان كاسبل / جيتي إيماجيس

بواسطة 

آن ماري هيلمنستين ، دكتوراه.

التفكك ثابت الحمضي هو ثابت التوازن في رد فعل التفكك ل حمض ويرمز التي كتبها K و . ثابت التوازن هذا مقياس كمي لقوة الحمض في المحلول. يتم التعبير عن K a بشكل شائع بوحدات مول / لتر. توجد جداول لثوابت التفكك الحمضي لسهولة الرجوع إليها. بالنسبة للمحلول المائي ، يكون الشكل العام لتفاعل التوازن هو:

HA + H 2 O ⇆ A - + H 3 O +

حيث HA عبارة عن حمض ينفصل في القاعدة المترافقة للحمض A - وأيون الهيدروجين الذي يتحد مع الماء لتكوين أيون الهيدرونيوم H 3 O + . عندما لا تتغير تركيزات HA و A - و H 3 O + بمرور الوقت ، يكون التفاعل في حالة توازن ويمكن حساب ثابت التفكك:

K a = [A - ] [H 3 O + ] / [HA] [H 2 O]

حيث تشير الأقواس المربعة إلى التركيز. ما لم يكن الحمض شديد التركيز ، يتم تبسيط المعادلة بالحفاظ على تركيز الماء ثابتًا:

HA ⇆ A - + H +
K a = [A - ] [H + ] / [HA]

يُعرف ثابت تفكك الحمض أيضًا بثابت الحموضة أو ثابت التأين الحمضي .

ربط Ka و pKa

القيمة ذات الصلة هي pK a ، وهو ثابت تفكك الحمض اللوغاريتمي:

PK ل = -log 10 K ل

استخدام Ka و pKa للتنبؤ بتوازن وقوة الأحماض

يمكن استخدام K a لقياس موضع التوازن:

• إذا كان K a كبيرًا ، يفضل تكوين نواتج التفكك.
• إذا كان K a صغيرًا ، يفضل استخدام الحمض غير المذاب.

يمكن استخدام K a للتنبؤ بقوة الحمض :

• إذا كان K a كبيرًا (pK a صغير) ، فهذا يعني أن الحمض غالبًا ما يكون مفككًا ، وبالتالي يكون الحمض قويًا. الأحماض مع PK في أقل من حول -2 هي الأحماض القوية.
• إذا كان K a صغيرًا (pK a كبير) ، فقد حدث تفكك قليل ، وبالتالي يكون الحمض ضعيفًا. الأحماض التي تحتوي على pK a في حدود -2 إلى 12 في الماء هي أحماض ضعيفة.

يعد K a مقياسًا أفضل لقوة الحمض من الرقم الهيدروجيني لأن إضافة الماء إلى محلول حامض لا يغير ثابت توازن الحمض ، ولكنه يغير تركيز H + أيون ودرجة الحموضة.

مثال كا

التفكك ثابت الحمضية، K و  من  حمض  HB هو:

HB (aq) ↔ H + (aq) + B - (aq)
K a  = [H + ] [B - ] / [HB]

لتفكك حمض الإيثانويك:

CH 3 COOH (aq)  + H 2 O (l)  = CH 3 COO - (aq)  + H 3 O + (aq)
K a  = [CH 3 COO - (aq) ] [H 3 O + (aq) ] / [CH 3 COOH (aq) ]

ثابت تفكك الحمض من الرقم الهيدروجيني

يمكن العثور على ثابت تفكك الحمض إذا كان الرقم الهيدروجيني معروفًا. على سبيل المثال:

احسب ثابت تفكك الحمض K a لمحلول مائي 0.2 M من حمض البروبيونيك (CH 3 CH 2 CO 2 H) الذي وجد أن له قيمة pH 4.88.

لحل المسألة ، اكتب أولاً المعادلة الكيميائية للتفاعل. يجب أن تكون قادرًا على التعرف على حمض البروبيونيك وهو حمض ضعيف (لأنه ليس من الأحماض القوية ويحتوي على الهيدروجين). تفككه في الماء هو:

CH 3 CH 2 CO 2 H + H 2 ⇆ H 3 O + + CH 3 CH 2 CO 2 -

قم بإعداد جدول لتتبع الظروف الأولية ، والتغير في الظروف ، وتركيز التوازن للأنواع. يسمى هذا أحيانًا جدول ICE:

	CH 3 CH 2 CO 2 H	H 3 O +	CH 3 CH 2 CO 2 -
التركيز الأولي	0.2 م	0 م	0 م
التغيير في التركيز	-x م	+ س م	+ س م
تركيز التوازن	(0.2 - س) م	x م	x م

س = [H 3 O +

استخدم الآن صيغة الأس الهيدروجيني :

الرقم الهيدروجيني = -log [H 3 O + ]
-pH = السجل [H 3 O + ] = 4.88
[H 3 O + = 10 -4.88 = 1.32 × 10 -5

عوّض بهذه القيمة عن x لإيجاد قيمة K a :

K a = [H 3 O + ] [CH 3 CH 2 CO 2 - ] / [CH 3 CH 2 CO 2 H]
K a = x 2 / (0.2 - x)
K a = (1.32 x 10 -5 ) 2 / (0.2 - 1.32 × 10-5 )
كلفن أ = 8.69 × 10-10