Magnus Ehingers undervisning

Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Vattnets protolyskonstant Kw

Vattnets protolyskonstant KwVideogenomgång (flippat klassrum)

Plocka fram

  • Natriumacetat
  • Salmiak (NH4Cl)
  • Aluminiumklorid (AlCl3)
  • 3 E-kolvar, 250ml
  • Avjonat vatten
  • BTB

Vattnets jonprodukt

Vattnets autoprotolys

H2O + H2O ⇌ OH + H3O+

Jämviktskonstanten för vattnets autoprotolys:

\[K = \frac {[\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-]}{[\text{H}_2\text{O}]^2}\]

Men [H2O] är ju i princip konstant. Därför kan vi skriva:

\[[\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = [\text{H}_2\text{O}]^2 \cdot K = K_{\text{w}}\]

\(K_\text{w}\) kallas vattnets protolyskonstant eller jonprodukt.

Vi förenklar lite till:

H2O ⇌ OH + H+

och

\(K_{\text{w}} = [\text{H}^+][\text{OH}^-]\)

Vid 25°C är Kw = 1,0 10-14 M2.

Vad innebär detta?

 

Annons

 

\(K_{\text{w}} = [\text{H}^+][\text{OH}^-]\)

Om [H+] fördubblas, vad händer då med [OH]?

  • Den halveras!

Nu blir det kemisk matematik! :-)

\(K_{\text{w}} = [\text{H}^+][\text{OH}^-]\)

\(K_{\text{w}} = 10^{-\text{p} K_{\text{w}}}\text{M}^2\)

\([\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}}\text{M}\)

\([\text{OH}^-] = 10^{-\text{pOH}}\text{M}\)

\(10^{-\text{p}K_\text{w}} = 10^{-\text{pH}} \cdot 10^{-\text{pOH}} = 10^{-(\text{pH} + \text{pOH})}\)

\(-\text{p}K_\text{w} = -(\text{pH} + \text{pOH})\)

\(\text{p}K_\text{w} = \text{pH} + \text{pOH}\)

Vid 25°C är pKw = –log(Kw) = -log(1,0·10-14) = 14,00

Ur detta följer att pH + pOH = 14,00 vid 25°C.

Kw binder samman Ka och Kb för ett syrabaspar

Låtom oss betrakta vätesulfidjonen, HS. Den protolyseras:

HS- ⇌ H+ + S2–

  • Ka = 1,0·10–13

Vad säger det om syran, stark eller svag? Vi tittar på jämviktsekvationen:

\[K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}^+][\text{S}^{2-}]}{[\text{HS}^-]}\]

Eftersom Ka är så litet, måste [HS] vara mycket större än [H+][S2–]. Alltså:

  1. Det en väldigt liten andel av syran HS som har protolyserats
  2. Syran mycket svag.

Kb för S2– är däremot relativt högt, Kb = 1,0·10-1.

Alltså är S2– en relativt stark bas.

Slusats: En stark syra motsvaras av en svag bas, och en svag syra motsvaras av en stark bas.

Hur Ka, Kb och Khänger samman

Vi kikar igen på vår kära gamla ättiksyra – men vi väljer att istället titta på en lösning av natriumacetat! 

Ac + H2O ⇌ HAc + OH

(Natriumjonerna Na+ är åskådarjoner, och behöver inte skrivas ut.)

Vi ställer upp en jämviktsekvation för ovanstående reaktion:

\[K_{\text{b}} = \frac {\text{[HAc][OH}^-]}{\text{[Ac}^-]}\]

Fråga: Innehåller lösningen några vätejoner?

  • Ja – det gör det ju alltid i vattenlösningar!

Alltså kan vi också teckna en syrakonstant för lösningen:

\[K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}^+][\text{Ac}^-]}{[\text{HAc}]}\]

Vi prövar att multiplicera dem med varandra! smile

\(K_{\text{a}} \cdot K_{\text{b}} = \frac {[\text{H}^+][\text{Ac}^-]}{[\text{HAc}]} \cdot \frac {\text{[HAc][OH}^-]}{\text{[Ac}^-]} =\)

\(= \left[\text{H}^+\right] \cdot \left[\text{OH}^-\right] = K_{\text{w}}\)

Mjölksyra (2-hydroxipropansyra)Mjölksyra (2-hydroxipropansyra) Vi får alltså att

\(K_{\text{a}} \cdot K_{\text{b}} = K_{\text{w}}\)

och att

\(\text{p}K_{\text{a}} + \text{p}K_{\text{b}} = \text{p}K_{\text{w}}\)

Exempel

För mjölksyra (CH3CH(OH)COOH eller HL) gäller att \(\text{p}K_\text{a} = 3,86\) vid 25 °C. Vad är \(\text{p}K_\text{b}\) och \(K_\text{b}\) för mjölksyrans korresponderande bas, laktatjonen L?

Lösning

\(\text{p}K_{\text{b, L}^-} = \text{p}K_\text{w} - \text{p}K_{\text{a, HL}} = 14,00-3,86=10,14\)

\(K_{\text{b, L}^-} = 10^{-\text{p}K_{\text{b, L}^-}}\text{M} = 10^{-10,14}\text{M} = 7,24436\cdot 10^{-11}\text{M} \approx 7,2\cdot 10^{-11}\text{M}\)

 

   
[Ingen än…]