background image

 

 

W –10: Równowaga 

chemiczna -Podstawy

• W stanie równowagi reakcja „do przodu” i 

reakcja „do tyłu” przebiegają z jednakową 
szybkością – inaczej z lewej strony na prawa 
stronę i z prawej strony na lewą (patrząc na 
równanie reakcji)

• stężenia reagentów nie zmieniają się w 

czasie pomimo, że obie reakcje zachodzą

• Równowagę symbolicznie zaznaczamy za 

pomocą podwójnych strzałek lub znaku 
równości

background image

 

 

Równowaga chemiczna

• Z reakcją zawsze są związane:
•  

termodynamiczne bodźce 

• termodynamiczne przepływy (inaczej 

mówiąc szybkość reakcji chemicznej)

• Bodźcem termodynamicznym

 

wywołującym przepływ reakcji 
chemicznej jest 

powinowactwo 

chemiczne

.

background image

 

 

Równowaga chemiczna

• Reakcje chemiczne zdążają i 

dochodzą do stanu równowagi 
chemicznej 

statyka chemiczna

• Przebieg reakcji w czasie 

kinetyka chemiczna

background image

 

 

Równowaga chemiczna

• Każda reakcja zachodzi według 

pewnego równania 
stechiometrycznego.

• Równania stechiometryczne wyrażają:

– Stosunki stechiometryczne
– Kierunek reakcji
– Wyrażają prawo zachowania masy

)

(

HI

2

)

(

I

)

(

H

2

2

g

g

g

background image

 

 

Równowaga chemiczna

• Uważamy za przychód produkty 

reakcji

• Uważamy za rozchód substratu 

reakcji

• Kierunek z lewa na prawo dodatni
• Kierunek z prawa na lewo ujemny

background image

 

 

Równowaga chemiczna

• Dla reakcji syntezy amoniaku:
• -3 i –1 dla substratów oraz +2 dla 

produktów

• Wymnażając współczynniki 

stechiometryczne prze masy 
cząsteczkowe i sumując 
otrzymujemy wartość zero.

background image

 

 

Znaczenie równowagi 

chemicznej

• Równowaga w roztworach kwasów, zasad, soli.
• Gdzie wymiana protonu zachodzi tak szybko, 

że zawsze zachowany jest stan równowagi.

• Równowagi wymiany protonu utrzymywane w 

komórkach organizmów zapewniają 

zachowanie przez białka zdolności życia.

• Nawet niewielkie przesunięcie 

równowagowego stężenia jonów wodorowych 

może spowodować uszkodzenie komórki, 

chorobę lub śmierć.

background image

 

 

 

Rozkład cztero tlenku azotu do dwutlenku azotu. 
Zmiana stężenia następuje względnie szybko w 
początkowym okresie, natomiast zostaje 
zahamowana w momencie dojścia do stanu 

równowagi.

background image

 

 

• Skład mieszaniny w stanie równowagi 

nie zależy czy reakcję rozpoczynamy 

od substratów czy od produktów.

Równowaga 
pomiędzy N

2

O

4

 i 

NO

2

.

background image

 

 

 

Skład mieszaniny odpowiadający stanowi 
równowagi osiągany jest niezależnie od 
mieszaniny wyjściowej pod warunkiem że 
stężenie wyjściowe substratów jest takie same jak 
stężenie produktów (wynikające ze 
stechiometrii)w stanie równowagi. Czysty NO

2

 

jest koloru brązowego natomiast czysty N

2

O

4

 jest 

bezbarwny. Kolor bursztynowy świadczy o 
obecności obu składników.

background image

 

 

• Istnieje prosta zależność pomiędzy 

stężeniem substratów a stężeniem 
produktów wyrażona prawem 
działania mas.

• Wyrażenie nosi nazwę ilorazu 

reakcji i wyprowadza się je na 
drodze termodynamicznej. 

• Rozpatrzmy równowagę:

)

(

HI

2

)

(

I

)

(

H

2

2

g

g

g

background image

 

 

 

Wykonano cztery 
eksperymenty 
Różne ilości 
substratów i 
produktów 
wprowadzono do 
zbiornika 
reakcyjnego o 
objętości 10 L w 
temp. 440C.W 
momencie 
osiągnięcia stanu 
równowagi w 
zbiorniku 
znajdowały się 
różne ilości 
reagentów.

background image

 

 

• Wartość liczbową wyrażenia 

ilustrującego prawo działania mas 

nazywamy ilorazem reakcji Q. 

49.5

  

 

Average

     

          

          

          

          

49.5

          

0.311

     

0.0442

     

0.0442

        

IV

 

49.4

          

0.100

     

0.0135

     

0.0150

        

III

 

49.8

          

0.280

     

0.0450

     

0.0350

        

II

  

49.4

          

0.156

     

0.0222

     

0.0222

        

I

   

]

][I

[H

[HI]

        

]

[HI

          

]

[I

         

]

[H

      

Expt.

2

2

2

2

2

Średnia

background image

 

 

• przebieg reakcji może być 

oceniony w dowolnym momencie 

• W stanie równowagi (440 C) iloraz 

reakcji wynosi 49.5.

]

I

][

H

[

[HI]

2

2

2

Q

background image

 

 

• Wartość 49,5 nosi nazwę stałej 

równowagi i jest wielkością 
charakterystyczną dla układu:

• Równowaga jest osiągana wtedy, 

kiedy wartość Q będzie równa 
wartości stałej K

c

• Rozpatrzmy równanie:

C)

440

 

(

       

5

.

49

]

I

][

H

[

[HI]

o

2

2

2

c

K

gG

fF

eE

dD

background image

 

 

• Wykładniki w wyrażeniu na stałą 

równowagi są identyczne z 
współczynnikami 
stechiometrycznymi

• W stanie równowagi:

• Zapisujemy zawsze produkty w 

liczniku i substraty w mianowniku.

c

]

[

]

[

]

[

]

[

K

E

D

G

F

e

d

g

f

background image

 

 

• Różne operacje matematyczne 

mogą być wykonane na wyrażeniu

– Zmiana kierunku reakcji

c

c

K

PCl

Cl

PCl

K

Cl

PCl

PCl

Cl

PCl

PCl

K

PCl

Cl

PCl

c

1

]

[

]

][

[

        

]

][

[

]

[

        

5

2

3

'

2

3

5

2

3

5

5

2

3



background image

 

 

– Mnożenie równania reakcji

2

2

5

2

2

2

3

"

2

3

5

2

3

5

5

2

3

]

[

]

[

]

[

  

2

2

2

]

][

[

]

[

        

c

c

K

PCl

Cl

PCl

K

Cl

PCl

PCl

Cl

PCl

PCl

K

PCl

Cl

PCl

c



background image

 

 

– Kiedy równania są dodawane 

stronami – stałe równowagi są 
mnożone

2

1

4

2

2

2

4

2

3

2

2

2

3

2

2

2

4

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

2

2

2

]

[

]

[

]

[

    

4

4

2

:

y

otrzymujem

 

stronami

 

dodaniu

 

po

]

[

]

[

]

[

    

4

3

2

]

[

]

[

]

[

        

2

2

c

c

c

c

c

K

K

O

N

NO

K

NO

O

N

O

O

N

NO

K

NO

O

O

N

O

N

O

N

K

O

N

O

N


background image

 

 

• równanie gazu doskonałego może 

być wykorzystane do 
przedstawienia ciśnień cząstkowych

• Stałą równowagi obliczoną na 

podstawie ciśnień cząstkowych 
oznaczamy symbolem K

p

RT

C

RT

V

n

P

nRT

PV

background image

 

 

• Wielkość stałej równowagi jest miarą 

przebiegu reakcji.

• Możemy stwierdzić ogólnie że: (albo K

c

 

lub K

P

)

• Należy pamiętać o aktywności. Tylko 

przy stężeniach <10

-3

 mol l

-1

 można 

posługiwać się stężeniami.

   

    

i

      

]

][

[

]

[

)

(

2

)

(

3

)

(

3

2

3

2

2

2

3

3

2

2

2

2

3

H

N

NH

P

c

P

P

P

K

H

N

NH

K

g

NH

g

H

g

N

background image

 

 

 

Wielkość K i stan równowagi. Duża ilość produktu 
i mała substratu w stanie równowagi daje dużą 
wartość K>>1. 
Kiedy ilości produktu i substratu są podobne 
wtedy K=1.
Kiedy K<<1, większość stanowi substrat i bardzo 
mało jest produktu.

1

K

background image

 

 

• Pomiędzy stałymi istnieje 

zależność:

g

n

gdzie

   

)

(

zatem

   

)

(

g

n

c

P

m

RT

K

K

RT

C

RT

V

n

P

nRT

PV

background image

 

 

• W reakcjach homogenicznych substraty 

i produkty  są w tej samej fazie

• W reakcjach heterogenicznych istnieją 

minimum dwie fazy

• Rozkład węglanu sodu

• W reakcjach heterogenicznych 

osiąganie stanu równowagi zachodzi w 
ten sam sposób jak w reakcji 
homogenicznej.

)

(

)

(

)

(

)

(

2

2

2

3

2

3

g

CO

g

O

H

s

CO

Na

s

NaHCO

heat

 

background image

 

 

• Jeżeli umieścimy NaHCO

3

 w zamkniętym 

naczyniu, można osiągnąć równowagę 
homogeniczną:

• Równowagę w układach zawierających 

czyste ciecze i tylko ciała stałe można 
uprościć.

K

NaHCO

O

H

CO

CO

Na

g

O

H

g

CO

s

CO

Na

s

NaHCO

2

3

2

2

3

2

2

2

3

2

3

]

[

]

][

][

[

równowagi

 

stałt

)

(

)

(

)

(

)

(

2

background image

 

 

– W czystych cieczach i c. stałych 

stosunek ilości substancji do 
objętości pozostaje stały.

Stężenie substancji w 
c. stałym jest stałe. 
Podwojenie liczby 
moli podwaja 
objętość, lecz 

stosunek

 moli do 

objętości pozostaje 
ten sam.

background image

 

 

• Prawo działania mas w odniesieniu 

do reakcji heterogenicznych 
zapisywane jest bez stężenia 
czystego c. stałego lub czystej 
cieczy.

• Stałe równowagi w tablicach 

reprezentują kombinację stałych.

]

[

]

[

     

]

][

[

3

2

2

3

2

2

CO

Na

NaHCO

K

O

H

CO

K

c

background image

 

 

• Zgodnie z regułą Le Châtelier: 

Jeżeli zewnętrzne czynniki zakłócą równowagę, 

układ zareaguje zmianą, która przeciwdziała 
zewnętrznemu czynnikowi, i jeżeli możliwe układ 
powróci do stanu równowagi

• Kilka typowych czynników 

(powodujących stres) 

• Dodanie lub usunięcie substratu lub 

produktu

• Równowaga przesunie się w sposób powodujący 

usunięcie substrat lub produkt który został 
dodany.

• Równowaga przesuwa się tak żeby zastąpić 

substrat lub produkt.

background image

 

 

Zmiana objętości 

• redukcja objętości reakcji gazowej powoduje, 

że reakcja powoduje zmniejszenie liczby moli 
gazu

• niewielkie zmiany ciśnienia mają niewielki 

wpływ na reakcje zawierające tylko ciecze lub 
ciała stałe.

Zmiana temperatury

• wzrost temperatury powoduje przesunięcie 

reakcji w kierunku endotermicznym 
(pochłaniającym ciepło)

• zmniejszenie temperatury przesuwa reakcję w 

kierunku, który produkuje egzotermiczną 
zmianę

background image

 

 

– Katalizatory nie wpływają na stan 

równowagi

• katalizator powoduje szybsze osiąganie 

stanu równowagi, lecz nie zmienia rozkładu 
stężeń substratów i produktów 

– dodanie gazu obojętnego przy 

zachowaniu stałej objętości

• jeżeli dodany gaz nie może reagować ani z 

substratami ani z produktami, uważany jest 
za obojętny względem substancji 

• wtedy nie ma zmiany stężenia tak że, Q 

równe jest K nie przesunięcia w stanie 
równowagi

background image

 

 

• Obliczenia dotyczące stanu 

równowagi mogą być podzielone 
na dwie kategorie:

1)

Obliczenie stałej równowagi na 
podstawie znanych stężeń lub 
ciśnień

2)

Obliczenie jednego lub więcej 
stężeń równowagowych lub 
cząstkowych ciśnień na podstawie 
znajomości K

c

 or K

P

• Rozpatrzmy rozkład  N

2

O

4

background image

 

 

• Obliczenie stałej równowagi jest 

bardzo łatwe

3

2

4

2

2

2

c

2

4

2

o

4

2

2

4

2

10

61

.

4

(0.0292)

)

0116

.

0

(

]

[

]

[

i

  

mol/L,

 

0116

.

0

]

[

mol/L

 

0292

.

0

]

[

równowagi

 

stanie

 

w

 

to

  

C,

25

 

w

 

butelce

L

 

1

 

w

 

 

mol

 

0.0350

  

jeżeże

 

)

(

2

)

(

   

          

O

N

NO

K

NO

O

N

O

N

g

NO

g

O

N

background image

 

 

• Częściej mamy sytuację gdzie 

podane są warunki początkowe i 
stała równowagi:

• Jeżeli podana jest K

P

 , to równowaga 

będzie wyrażona w postaci ciśnień 
cząstkowych

• Jeżeli K

c

 opisuje układ, to równowaga 

będzie opisana w postaci stężenia (mol/L)

background image

 

 

– Przykład: octan etylu, CH

3

CO

2

C

2

H

5

produkowany jest z kwasu octowego i 
etanolu w reakcji:

W 25

o

C, K

c

=4.10 dla tej reakcji. 

Zakładamy, że 0.100 mola octanu etylu i 
0.150 mola wody sa wprowadzone do 
naczynia reakcyjnego o objętości 1,00 
L. Jakie są stężenia w stanie 
równowagi?

Strategia rozwiązania: posłużymy się 

następującym schematem.

)

(

)

(

)

(

)

(

2

5

2

2

3

5

2

2

3

l

O

H

l

H

C

CO

CH

l

OH

H

C

l

H

CO

CH

background image

 

 

Substraty i produkty (ICE)

• 1. Stężenia początkowe reagentów
• 2. Zmiany stężeń konieczne, by 

układ osiągnął stan równowagi

• 3. Stężenia w stanie równowagi

background image

 

 

 

   

x

x

0.250x

-

0.0150

      

 

x

x)

-

x)(0.150

-

(0.100

4.10

x

-

0.150

x     

-

0.100

   

x         

  

          

x         

      

)

(

 

E

x

-

       

x         

-

     

x         

         

x         

    

)

(

 

C

  

0.150

         

0.100

     

          

0

 

          

          

0

       

)

(

 

I

 

          

wtedy

 

ala,

przereagow

 

ktora

 

ilosc

 

 

Niech

 

cieklym.

 

stanie

 

w

 

sa

 

reagenty

 

Wszyskie

2

2

2

c

2

5

2

2

3

5

2

2

2

K

M

M

M

O

H

H

C

CO

CH

OH

H

C

H

CO

CH

x

background image

 

 

• Uzyskujemy równanie 

kwadratowe.

:

zatem

2

4

   

,

0

2

2

a

ac

b

b

x

c

bx

ax

0401

.

0

x

 

and

  

121

.

0

x

i

  

0

 

 

0.0150

-

 

0.250

 

 

x

 

3.10

lub

   

4.10

x

x

0.250x

-

0.0150

-

2

2

2

c

K

background image

 

 

• Ponieważ ujemne stężenia nie mają 

sensu:

• Podobną procedurę można zastosować 

kiedy ciśnienia są wyrażone jako 
ciśnienia cząstkowe i podana jest wartość 
K

P

M

x

O

H

M

x

H

C

CO

CH

M

x

OH

H

C

M

x

H

CO

CH

x

 

011

.

0

150

.

0

]

[

 

060

.

0

100

.

0

]

[

 

0401

.

0

]

[

 

0401

.

0

]

[

m

equilibriu

at 

 

and

 

0401

.

0

2

5

2

2

3

5

2

2

3

background image

 

 

• Często można dokonać uproszczeń

Przykład: reakcja azotu i tlenu 

prowadząca do tlenku azotu:

gdzie K

c

=4.8x10

-31

W powietrzu w 25

o

C i przy p = 1 atm, 

stężenie N

2

 i O

 początkowo wynoszą 

0.033 M i 0.00810 M. Oblicz stężenie w 
stanie równowagi?

Strategia rozwiązania: stała równowagi 

jest bardzo mała zatem niewiele 
reagentów przekształci się w produkty.

)

(

2

)

(

)

(

2

2

g

NO

g

O

g

N

background image

 

 

 

18

-

2

2

31

c

2

2

10

8.01

or x

  

00810)

(0.033)(0.

4x

      

 ,

x)

-

x)(0.00810

-

(0.033

(2x)

      

10

8

.

4

2x

x   

-

0.00810

x  

-

0.033

    

)

E(

x    

x         

       

x         

    

)

C(

0

         

0.00810

       

0.033

    

)

(

 

I

2

 

      

     

   

      

          

K

M

M

M

NO

O

N

background image

 

 

Kwasy i zasady

• Równowaga w roztworach K i Z jest 

jedną z ważniejszych równowag 
chemicznych.

• Związana jest z przeniesieniem protonu
• Przeniesienie zachodzi łatwo
• Roztwory K i Z można traktować jako w 

stanie równowagi i obliczać stężenia 
korzystając z wartości stałej równowagi.

background image

 

 

Kwasy i zasady

• Cel: obliczyć stężenie jonów 

wodorowych

• Znaczenie stężenia jonów wodorowych
• Procesy życiowe
• Procesy geochemiczne
• Syntezy przemysłowe
• Reakcje biochemiczne

background image

 

 

Definicja pH

• pH=-log a(H

+

)

• Np.. [H

+

]=2,0 10

-3

 mol l

-1

• pH= - log(2,0 ·10

-3

) = 2,70

• pH jest tym wyższe, im mniejsze jest 

stężenie jonów wodorowych w roztworze 

• Zastąpienie aktywności stężeniem 

molowym jest ryzykowne i słuszne jedynie 
w przypadku roztworów bardzo 
rozcieńczonych

background image

 

 

Kwasy i zasady

• Zmiana pH osocza krwi o więcej niż 

0,4 w stosunku do normalnej 
wartości 7,4 stanowi śmiertelne 
zagrożenie dla ludzkiego organizmu. 
Określ graniczne wartości stężenia 
jonów wodorowych, w obrębie 
których możliwe jest utrzymanie 
funkcji życiowych.

background image

 

 

Rozwiązanie

• Granice zmiany pH
• pH = 7,4 + 0,4 = 7,8
• pH = 7,4 – 0,4 = 7,0

• [H

+

] =  10^-pH=10^-7,0 = 100 

nmol/L

• [H

+

] = 10^-pH=10^-7,8 = 15,8 

nmol/L

background image

 

 

Teoria  Bronsteda i 

Lowry’ego

• Kwasem Bronsteda, HA, jest donor 

protonu: 

• HA  H

+

 + A

-

• Zasadą Bronsteda, B, jest akceptor 

protonu:

• B + H

+  

BH

+

   

background image

 

 

Teoria  Bronsteda i 

Lowry’ego

• Określ, które z wymienionych 

związków są kwasami, a które 
zasadami: H

2

SO

4

, HSO

-4

, SO

-24

• Kwas, bowiem: H

2

SO

4

 HSO

-4

 + H

+

• Kwas, bowiem: HSO

-4

  SO

-24 

+ H

+

• Zasada, bowiem: SO

-24 

+ H

+

 HSO

-4

 

background image

 

 

Kwas sprzężony

• W roztworze wodnym kwas (solny lub 

octowy) uczestniczy w następującej reakcji 

wymiany protonu:

• HA(aq) + H

2

O© H

3

O

+

(aq) + A

-

(aq)

• Woda przyłącza proton kwasu i działa jak 

zasada

• Jon H

3

O

 oksoniowy (hydroniowy)  też jest 

kwasem a A

-

 zasadą 

• Jon H

3

O

+  

kwasem sprzężonym z zasadą A

-

• A

-

 zasada sprzężona z kwasem HA

background image

 

 

Sprzężone kwasy i zasady

• Kwas

1

+zasada

kwas

2

+zasada

1

• Co jest zasadą sprzężoną z 

amoniakiem, gdy ten pełni rolę 
kwasu?

• NH

3

+ H

2

O NH

-2

+H

3

O

+

background image

 

 

Równowaga 

autoprotolityczna

• H

2

O + H

2

O H

3

O

+

(aq)+OH

-

(aq)

• Pomimo tego, że zachodzi bez przerwy 

wymiana, całkowite stężenie jonów 

oksoniowych i wodorotlenowych w czystej 

wodzie jest stałe.

• W temp. 25 ° C  stężenie jonów oksoniowych 

i wodorotlenowych powstałych w wyniku 

autoprotolizy wynoszą 1,0 · 10

-7 

mol l

-1

• Jedna na 550

 

milionów cząsteczek H

2

oddaje proton innej cząsteczce wody

background image

 

 

Czysta woda

• pH czystej wody w temp. 25 ° C  wynosi:
• pH-log (1,0 · 10

-7) 

= 7,0emperatury

• W przypadku wody można aktywność 

zastąpić stężeniem

• Autoproliza – proces endotermiczny
• Zwiększenie temperatury sprzyja 

zwiększeniu stężenia jonów oksoniowych

• pH wynosi 6,82 dla temp. 37 · ° C 

background image

 

 

Stałe kwasowe

• Równowagę wymiany protonu między Kw 

Bronsteda a wodą można ilościowo  opisać 
za pomocą stałej równowagi:

• HA(aq) + H

2

O  H

3

O

+

(aq) + A

-

(aq)

• K=a(H

3

O

+

) a(A

-

)/a(HA) a(H

2

O) 

• Wodę uczestniczącą w reakcji można 

potraktować jako czystą fazę ciekłą, zatem 
a=1

background image

 

 

Stałe kwasowe

• K

a

 =a(H

3

O

+

) a(A

-

)/a(HA)

• Stałą równowagi nazywamy stałą 

kwasową kwasu HA.

• Dla przykładu:
• HF(aq) + H

2

O(c) H

3

O

+

(aq) + F

-

(aq)

• K

a

 =  a(H

3

O

+

) a(F

-

)/a(HF)= 3,5 · 10

-4

background image

 

 

Stała kwasowa

• Wartość stałej kwasowej określa, jak 

dalece zachodzi wymiana protonu: im 
mniejsza jest wartość K

a

, tym słabsze 

są właściwości protonodonorowe

• W teorii B – L,  jonizacja oznacza 

przeniesienie protonu. Zatem kwas 
HF jest w roztworze jedynie 
nieznacznie zjonizowany.

background image

 

 

Wykładnik stałej 

kwasowej

• Małe wartości  wygodniej posłużyć się 

logarytmem

• pK

a

 = - log K

a

• Im większa wartość pK

a

, tym słabsze są 

protodonorowe właściwości kwasu 

• Cząsteczka HCN jest znacznie słabszym 

donorem protonu (względem H

2

O) niż 

cząsteczka HF

• Cząsteczka CH

4

 nie wykazuje żadnych 

dostrzegalnych tendencji do oddania protonu 

cząsteczce wody.

background image

 

 

Słabe kwasy

• pK

a

= 4,19 dla kwasu 

benzoesowego

• Oblicz pH i ułamek zjonizowanych 

cząstek w roztworze o stężeniu 
molowym A molL

-1

.

• Użyjmy schematu ICE;

background image

 

 

Słabe kwasy i mocne 

kwasy

• Reagenty kwas    proton   reszta
• Stężenie pocz. A

0

0

• Zmiana stężenia –x       +x        +x
• Stężenie równowag.A-x  x       x

background image

 

 

Słabe kwasy i mocne 

kwasy 

• Wartość x znajdujemy:
• K

a

 =a(H

3

O

+

) a(A

-

)/a(HA)x· x/(A-x)

• Przekształcając otrzymamy:
• X

+ K

a

 x – A K

a

 = 0

• Rozwiązaniem będzie:
• X=[-K

a

 ± (K

a2

+4AK

a

)

0,5

]/2

background image

 

 

Słabe i mocne kwasy

• Ponieważ x oznacza stężenie jonów 

oksoniowych, musi mieć wartość dodatnią, 
należy zatem przyjąć rozwiązanie ze 
znakiem + w liczniku.

• Jeżeli A = 0,01 wówczas {H

+3

O} = 4,2 10

-4

 i 

pH  3,38

• Ponieważ zaniedbujemy efekt oddziaływań 

międzyjonowych, dokładność takich obliczeń 
rzadko kiedy przekracza 0,1 jednostki pH 
zatem wynik zapisujemy pH = 3,4. 

background image

 

 

Stopień jonizacji

• Ze znajomości stałej można ocenić stopień 

jonizacji.

• Stopień jonizacji = stężenie sprzężonej 

zasady/ początkowe stężenie molowe kwasu

• Np.. Stopień jonizacji  x/A 4,2 10

-4

/0,010 

= 4,2 10

-2

• Jedynie 4,2 % cząsteczek  kwasu oddało 

proton

• Kwas mlekowy 25% zjonizowany

background image

 

 

Stopień jonizacji

• Rzadko obliczamy pH roztworu, pewna 

metodą jest jego pomiar

• Ważne jest umiejętność 

przewidywania czy pH będzie < od 7 

czy >7 przy określonym nominalnym 

stężeniu 

• Uproszczenie w obliczeniach:
• K

 x

2

/A pH = 0,5 pK

a

 – 0,5 log A

• Przybliżenie słuszne dla stopnia < 5%

background image

 

 

Obliczanie pH roztworu 

kwasu

• Jeżeli kwas jest mocny, przyjmujemy 

całkowitą jego jonizację w 

roztworze i obliczamy pH według 

wartości stężenia kwasu, kładąc

• {H

3

O

+

} = [HA] dodany początkowo

• Jeżeli kwas jest słaby, sprawdzamy 

wg równania stopień jonizacji = 

(K

a

/A)

0,5 

czy jest <

 

5%

background image

 

 

Obliczanie pH roztworu 

kwasu

• Jeżeli stopień > od 5% to 

rozwiązujemy równanie w sposób 
dokładny

• Jeżeli stopień jonizacji mniejszy od 

5% to korzystamy ze wzoru 
przybliżonego

background image

 

 

Zadanie

• Do czystej wody dodano 1.5 x 10

-3

 

mola kwasu solnego celem 
podniesienia stężenia jonów 
wodorowych do wartości 1.5 x 10

-3

 

mola/L. Jakie jest stężenie jonów 
hydroksylowych?

• [OH

-

]=1 x 10

-14

/ 1.5 x 10

-3

= 6.7 x 

10

-12

 mol/L

background image

 

 

Związek pomiędzy K

a

 i K

b

• HB+ H

2

O H

3

O

+

 + B

-

• BH + H

2

OBH

+

 + OH

-

• K

a

 K

b

= {H

3

O

+

 x B

-

/ HB x H

2

O}x

• {BH

+

 x OH

-

/ BH x H

2

O =

• [H

3

O

+

 ] x [OH

-

] = K

w

 

background image

 

 

Zadanie

• Stała dysocjacji zasadowa dla NH

3

 

wynosi: K

b

 = 1,74 x 10

-5

 w 25 °C. 

Oblicz K

sprzężonego kwasu 

NH

4+

.

• K

a

=K

w

/K

b

=1.00 x 10

-14

/1.74 x 10

-5

 

= 5.75 x 10

-10

background image

 

 

Obliczenie pH

• Średni współczynnik `aktywności w 0,05 

molowym roztworze HCl wynosi 0,83. Jakie 
jest pH roztworu?

• pH = - log [5 x 10

-2

] = -log 5 +2 =-0,7 +2= 

1,3

• pH = -log [0,83 x 5 x 10

-2

] = 1,38

• Jeżeli dodano do roztworu NaCl w ilości 

takiej, że siła jonowa wyniosła 0,5; to wsp. 
Aktywności wtedy wynosi 0,77;  i pH = 1,41.


Document Outline