Слабая база

Слабое основание — это основание , которое при растворении в воде диссоциирует не полностью, так что образующийся водный раствор содержит лишь небольшую долю гидроксид-ионов и соответствующего основного радикала, а также большую долю недиссоциировавших молекул основания.

pH, K _b и K _w

ионов водорода Основания дают растворы, в которых активность ниже, чем в чистой воде, т.е. считается, что раствор имеет pH выше 7,0 в стандартных условиях, потенциально до 14 (и даже выше 14 для некоторых оснований). . Формула pH:

{\mbox{pH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{H}}^{+}\right]

Основания являются протонов акцепторами ; основание получит ион водорода от воды, H ₂ O, а оставшийся H ⁺ концентрация в растворе определяет pH. Слабое основание будет иметь более высокое значение H. ⁺ концентрации, чем более сильное основание, поскольку оно менее полно протонировано, чем более сильное основание, и, следовательно, в его растворе остается больше ионов водорода. Учитывая его большее H ⁺ концентрации, формула дает более низкое значение pH для слабого основания. Однако pH оснований обычно рассчитывают через OH. ⁻ концентрация. Это сделано потому, что H ⁺ концентрация не является частью реакции, тогда как OH ⁻ концентрация есть. рОН определяется как:

{\mbox{pOH}}=-\log _{10}\left[{\mbox{OH}}^{-}\right]

Если умножить константы равновесия сопряженной кислоты (например, NH ₄⁺) и сопряженное основание (например, NH ₃ ) получаем:

K_{a}\times K_{b}={[H_{3}O^{+}][NH_{3}] \over [NH_{4}^{+}]}\times {[NH_{4}^{+}][OH^{-}] \over [NH_{3}]}=[H_{3}O^{+}][OH^{-}]

Как ${K_{w}}=[H_{3}O^{+}][OH^{-}]$ это просто константа самоионизации воды, мы имеем $K_{a}\times K_{b}=K_{w}$

Логарифмируя обе части уравнения, получаем:

logK_{a}+logK_{b}=logK_{w}

Наконец, умножив обе части на -1, получим:

pK_{a}+pK_{b}=pK_{w}=14.00

Если рОН получен по формуле рОН, приведенной выше, то pH основания можно рассчитать по формуле $pH=pK_{w}-pOH$ , где pK _w = 14,00.

Слабое основание сохраняется в химическом равновесии почти так же, как и слабая кислота , при этом константа диссоциации основания ( K _b ) указывает на силу основания. Например, при добавлении аммиака в воду устанавливается следующее равновесие:

\mathrm {K_{b}={[NH_{4}^{+}][OH^{-}] \over [NH_{3}]}}

Основание с большим значением K _b будет ионизироваться более полно и, следовательно, будет более сильным основанием. Как показано выше, pH раствора, который зависит от H ⁺ концентрация, увеличивается с увеличением OH ⁻ концентрация; больший ОН ⁻ концентрация означает меньший H ⁺ концентрация, следовательно, более высокий pH. Сильные основания имеют меньший H ⁺ концентрации, потому что они более полно протонированы, оставляя меньше ионов водорода в растворе. буква Меньшая Н. ⁺ концентрация означает больший OH ⁻ концентрация и, следовательно, больший K _b и больший pH.

NaOH(s) (гидроксид натрия) является более сильным основанием, чем (CH ₃ CH ₂ ) ₂ NH (л) ( диэтиламин ), который является более сильным основанием, чем NH ₃ (г) (аммиак). Чем слабее основания, тем меньше становятся значения K _b . ^[1]

Протонированный процент

Как видно выше, сила основания зависит в первую очередь от pH. Чтобы описать силу слабых оснований, полезно знать процент протонированных оснований — процент протонированных молекул оснований. Более низкий процент будет соответствовать более низкому pH, поскольку оба числа являются результатом количества протонирования. Слабое основание менее протонировано, что приводит к более низкому pH и более низкому проценту протонирования. ^[2]

Типичное равновесие переноса протона выглядит следующим образом:

B(aq)+H_{2}O(l)\leftrightarrow HB^{+}(aq)+OH^{-}(aq)

B представляет собой базу.

Percentage\ protonated={molarity\ of\ HB^{+} \over \ initial\ molarity\ of\ B}\times 100\%={[{HB}^{+}] \over [B]_{initial}}{\times 100\%}

В этой формуле [B] _{начальная} — это начальная молярная концентрация основания, при условии, что протонирование не произошло.

Типичная проблема с pH

Рассчитайте pH и процент протонирования 0,20 М водного раствора пиридина C ₅ H ₅ N. K _b для C ₅ H ₅ N составляет 1,8 x 10. ⁻⁹. ^[3]

Сначала запишем равновесие переноса протона:

\mathrm {H_{2}O(l)+C_{5}H_{5}N(aq)\leftrightarrow C_{5}H_{5}NH^{+}(aq)+OH^{-}(aq)}

K_{b}=\mathrm {[C_{5}H_{5}NH^{+}][OH^{-}] \over [C_{5}H_{5}N]}

Таблица равновесия со всеми концентрациями в молях на литр:


	С ₅ Ч ₅ Н	С ₅ Ч ₆ Н ⁺	ОЙ ⁻
начальная нормальность	.20	0	0
изменение нормальности	-х	+х	+х
нормальность равновесия	.20 -х	х	х

Подставим равновесные молярности в константу основности.	$K_{b}=\mathrm {1.8\times 10^{-9}} ={x\times x \over .20-x}$
Мы можем предположить, что x настолько мал, что к тому времени, когда мы будем использовать значащие цифры, он станет бессмысленным.	$\mathrm {1.8\times 10^{-9}} \approx {x^{2} \over .20}$
Решите относительно х.	$\mathrm {x} \approx {\sqrt {.20\times (1.8\times 10^{-9})}}=1.9\times 10^{-5}$
Проверьте предположение, что x << .20	$\mathrm {1} .9\times 10^{-5}\ll .20$ ; так что приближение справедливо
Найдите pOH по формуле pOH = -log [OH ⁻] с [ОН ⁻]=х	$\mathrm {p} OH\approx -log(1.9\times 10^{-5})=4.7$
Поскольку pH = pK _w − pOH,	$\mathrm {p} H\approx 14.00-4.7=9.3$
Из уравнения для процента протонирования [HB ⁺] = x и [B] _{начальный} = 0,20,	$\mathrm {p} ercentage\ protonated={1.9\times 10^{-5} \over .20}\times 100\%=.0095\%$

Это означает, что 0,0095% пиридина находится в протонированной форме C ₅ H ₅ NH. ⁺.

Примеры

Простые факты

Пример слабого основания – аммиак. Он не содержит гидроксид-ионов, но реагирует с водой с образованием ионов аммония и гидроксид-ионов. ^[4]
Положение равновесия варьируется от основания к основанию, когда слабое основание реагирует с водой. Чем левее оно находится, тем слабее основание. ^[5]
Когда между двумя сторонами биологической мембраны существует градиент ионов водорода, концентрация некоторых слабых оснований сосредоточена только на одной стороне мембраны. ^[6] Слабые основания имеют тенденцию накапливаться в кислых жидкостях. ^[6] Кислота желудка содержит более высокую концентрацию слабых оснований, чем плазма. ^[6] Кислая моча, по сравнению с щелочной мочой, выводит слабые основания быстрее. ^[6]

См. также

Ссылки

^ «Объяснение сильных и слабых оснований]» . ХимГид . Проверено 23 марта 2018 г.
^ Говард Маскилл (1985). Физические основы органической химии . Издательство Оксфордского университета, Инкорпорейтед. ISBN 978-0-19-855192-8 .
^ «Расчеты слабых оснований» . Страница химии мистера Кента . Проверено 23 марта 2018 г.
^ Аткинс, Питер и Лоретта Джонс. Химические принципы: В поисках понимания, 3-е изд., Нью-Йорк: WH Freeman, 2005.
^ Кларк, Джим. «Сильные и слабые основания». Np, 2002. Веб.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Милн, доктор медицины; Скрибнер, Б.Х.; Кроуфорд, Массачусетс (1958). «Неионная диффузия и выделение слабых кислот и оснований». Американский медицинский журнал . 24 (5): 709–729. дои : 10.1016/0002-9343(58)90376-0 .

Внешние ссылки

[1] «Объяснение сильных и слабых оснований]» . ХимГид . Проверено 23 марта 2018 г.

[Maskill1985-2] Говард Маскилл (1985). Физические основы органической химии . Издательство Оксфордского университета, Инкорпорейтед. ISBN 978-0-19-855192-8 .

[3] «Расчеты слабых оснований» . Страница химии мистера Кента . Проверено 23 марта 2018 г.

[4] Аткинс, Питер и Лоретта Джонс. Химические принципы: В поисках понимания, 3-е изд., Нью-Йорк: WH Freeman, 2005.

[5] Кларк, Джим. «Сильные и слабые основания». Np, 2002. Веб.

[ac.els-cdn.com-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Милн, доктор медицины; Скрибнер, Б.Х.; Кроуфорд, Массачусетс (1958). «Неионная диффузия и выделение слабых кислот и оснований». Американский медицинский журнал . 24 (5): 709–729. дои : 10.1016/0002-9343(58)90376-0 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

pH, K b и K w