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

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Fyzikální chemie

Kurz: Fyzikální chemie > Kapitola 7

Lekce 2: Acidobazické rovnováhy
Přírodní vědy
Fyzikální chemie
Acidobazické rovnováhy, pH
Acidobazické rovnováhy
© 2023 Khan AcademyPodmínky poskytování služebZásady ochrany osobních údajůZásady používání souborů cookie

Rovnováhy slabých kyselin a zásad

Učebna Google
Reakce slabých kyselin a zásad a související rovnovážné konstanty,  Ka a Kb. Na základě Ka a Kb s pH se naučíme zjišťovat míru disociace. 

Klíčové body:

  • Obecně pro jednosytnou slabou kyselinu start text, H, A, end text s konjugovanou bází start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript bude mít konstanta acidity tvar:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, A, end text, close bracket, end fraction
  • Konstanta acidity K, start subscript, start text, a, end text, end subscript popisuje jak velká část molekul kyseliny je rozložena v roztoku na ionty. Čím vyšší je hodnota K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, tím je kyselina silnější a naopak.
  • Obecně pro jednosytnou slabou zásadu start text, B, end text s konjugovanou kyselinou start text, B, H, end text, start superscript, minus, end superscript bude mít konstanta bazicity tvar:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, B, end text, close bracket, end fraction
  • Konstanta bazicity
    • (nebo také disociační konstanta zásady) K, start subscript, start text, b, end text, end subscript popisuje jak velká část molekul zásady se v roztoku rozloží na ionty. Čím vyšší je hodnota K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, tím je zásada silnější a naopak.

Silné a slabé kyseliny a zásady

Jako silné kyseliny a zásady označujeme takové molekuly, které v roztoku zcela disociují (tzn. rozloží se na ionty). Oproti tomu se slabé kyseliny a zásady rozkládají jen částečně a reakce rozkladu na ionty je vratná. Z toho plyne, že roztoky slabých kyselin a zásad obsahují jak neutrální molekuly, tak ionty a panuje mezi nimi dynamická rovnováha.
V tomto článku budeme mluvit o kyselých a bazických disociačních reakcích a souvisejících rovnovážných konstantách: K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, disociační konstantě acidity a K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, disociační konstantě bazicity.

Rozcvička: Porovnávání síly kyseliny a její start text, p, H, end text

Příklad 1: Slabé oproti silným kyselinám o stejné koncentraci

Máme dva vodné roztoky: 2, comma, 0, start text, M, end text roztok kyseliny fluorovodíkové, start text, H, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis a 2, comma, 0, start text, M, end text roztok kyseliny bromovodíkové, start text, H, B, r, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis. Který roztok má nižší start text, p, H, end text?
Vyber 1 odpověď:

Příklad 2: Slabé oproti silným kyselinám o různé koncentraci

Tentokrát máme dva vodné roztoky: 2, comma, 0, start text, M, end text roztok kyseliny fluorovodíkové, start text, H, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis a 1, comma, 0, start text, M, end text roztok kyseliny bromovodíkové, start text, H, B, r, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis. Který roztok má nižší start text, p, H, end text?
Předpokládejme, že neznáme disociační konstantu acidity kyseliny fluorovodíkové.
Vyber 1 odpověď:

Slabé kyseliny a disociační konstanta acidity K, start subscript, start text, a, end text, end subscript

Slabé kyseliny jsou kyseliny, které disociují v roztoku pouze částečně. Jinými slovy je slabá kyselina jakákoliv kyselina, která není silnou kyselinou.
Síla slabé kyseliny závisí na tom, do jaké míry probíhá disociace: čím více disociuje, tím silnější kyselina je. Abychom ohodnotili relativní sílu slabých kyselin, můžeme se podívat na jejich disociační konstantu acidity K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, což je vlastně jen vznostný název pro rovnovážnou konstantu pro kyselou disociační reakci.
Pro obecnou slabou jednosytnou kyselinu start text, H, A, end text lze disociační reakci ve vodě napsat takto:
start text, H, A, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Na základě této reakce můžeme napsat výraz pro disociační konstantu acidity K, start subscript, start text, a, end text, end subscript:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, A, end text, close bracket, end fraction
Výraz pro výpočet rovnovážné konstanty je poměrem koncentrace produktů ku koncentraci reaktantů. Čím více se start text, H, A, end text se disociuje na start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript a konjugovanou zásadu start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, tím je kyselina silnější a tím větší je K, start subscript, start text, a, end text, end subscript. Protože start text, p, H, end text souvisí s open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, start text, p, H, end text roztoku bude funkcí K, start subscript, start text, a, end text, end subscript a také koncentrace kyseliny: start text, p, H, end text klesá, jakmile koncentrace kyseliny a/nebo K, start subscript, start text, a, end text, end subscript roste.

Běžné slabé kyseliny

Kyselina jablečná, start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 5, end subscript, je slabá kyselina vyskytující se v jablcích. [Image](https://commons. ikimedia.org/wiki/File:Granny_Smith_Apples.jpg) z Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.
Karboxylové kyseliny jsou součástí organických molekuly a vyznačují se tím, že obsahují minus, start text, C, O, O, H, end text. Kyselina jablečná left parenthesis, start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 5, end subscript, right parenthesis, která obsahuje dvě skupiny karboxylových kyselin, přispívá k chuti jablek a některých dalších plodů. Vzhledem k tomu, že v molekule existují dvě karboxylové skupiny, kyselina jablečná může darovat až dva protony.
Následující tabulka uvádí několik dalších příkladů slabých kyselin a jejich hodnot K, start subscript, start text, a, end text, end subscript.
NázevVzorecK, start subscript, start text, a, end text, end subscript, left parenthesis, 25, degrees, start text, C, end text, right parenthesis
Amoniakstart text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript5, comma, 6, dot, 10, start superscript, minus, 10, end superscript
Kyselina chloritástart text, H, C, l, O, end text, start subscript, 2, end subscript1, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 2, end superscript
Kyselina fluorovodíkovástart text, H, F, end text7, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript
Kyselina octovástart text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript
Otázka k zamyšlení: Dokážeš na základě této tabulky určit, která kyselina je silnější minusoctová nebo fluorovodíková?

Příklad 1: Výpočet stupeň disociace slabé kyseliny (v %)

Disociaci slabé kyseliny v roztoku můžeme popsat pomocí takzvaného stupně disociace. Jedná se v podstatě o procentuální vyjádření disociace slabé kyseliny start text, H, A, end text a lze to vypočítat jako podíl rovnovážné koncentrace aniontu a počáteční koncentrace kyseliny:
% disociace=[A−(aq)]c(HA(aq))⋅100%
Pokud má kyselina dusitá left parenthesis, start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, right parenthesis hodnotu K, start subscript, start text, a, end text, end subscript 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript při teplotě 25, degrees, start text, C, end text, jaký je její stupeň disociace v roztoku o koncentraci 0, comma, 400, start text, space, M, end text?
Pojďme se podívat na výpočet krok za krokem!

Krok 1: Napiš a vyčísli rovnici disociační reakce

Nejprve napiš a vyčísli rovnici disociační reakce start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript ve vodě. Kyselina dusitá může darovat proton vodě a vytvořit tak start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis:
start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis

Krok 2: Napiš výraz pro výpočet K, start subscript, start text, a, end text, end subscript

Z rovnice v kroku 1 můžeme sestavit výraz pro K, start subscript, start text, a, end text, end subscript kyseliny dusité:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, close bracket, end fraction, equals, 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript

Krok 3: Zjisti open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket a open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, close bracket v rovnováze

Nyní sistart text, end text k určení jednotlivých členů ve vzorci pro K, start subscript, start text, a, end text, end subscript sestavíme bilanční tabulku:
start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis\rightleftharpoonsstart text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscriptstart text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript
Počátek0, comma, 400, start text, M, end text00
Změnaminus, xplus, xplus, x
Rovnováha0, comma, 400, start text, M, end text, minus, xxx
Dosazením rovnovážných koncentrací do vzorce pro K, start subscript, start text, a, end text, end subscript dostáváme:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, left parenthesis, x, right parenthesis, left parenthesis, x, right parenthesis, divided by, left parenthesis, 0, comma, 400, start text, M, end text, minus, x, right parenthesis, end fraction, equals, 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript
Zjednodušení tohoto výrazu získáme:
start fraction, x, squared, divided by, 0, comma, 400, start text, M, end text, minus, x, end fraction, equals, 4, comma, 0, dot, 10, start superscript, minus, 4, end superscript
Jedná se o kvadratickou rovnici, ze které lze vyřešit x buď použitím kvadratického vzorce, nebo metodou aproximace.
Obě metody nám dají odpověď x, equals, 0, comma, 0126, start text, space, M, end text. Proto open bracket, start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript, close bracket, equals, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, equals, 0, comma, 0126, start text, space, M, end text.

Krok 4: Vypočítej stupeň disociace

Pro výpočet stupně disociace můžeme použít rovnovážnou koncentraci dusitanového aniontu zjištěného v Kroku 3 a počáteční koncentraci kyseliny.
% disociace=[NO2−]c(HNO2)=0,0126 M0,400 M⋅100%=3,2%
Zjistili jsme, že pouhé 3, comma, 2, percent roztoku start text, H, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript se disociovalo na start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript a start text, N, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start superscript, minus, end superscript ionty.

Slabé zásady a K, start subscript, start text, b, end text, end subscript

Zaměřme se nyní na disociační konstantu bazicity K, start subscript, start text, b, end text, end subscript. Začneme zapsáním ionizační reakce nějaké obecné slabé zásady start text, B, end text ve vodě. V této reakci zásada přijímá proton z vody na vytvoření hydroxidu a konjugované kyseliny, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript:
start text, B, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Výraz pro rovnovážnou konstantu K, start subscript, start text, b, end text, end subscript můžeme zapsat následovně:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, B, end text, close bracket, end fraction
Na základě tohoto vztahu vidíme, že čím více se zásada ionizuje na start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, tím je silnější a tím větší je hodnota K, start subscript, start text, b, end text, end subscript. Kvůli tomu je hodnota start text, p, H, end text roztoku funkcí jak hodnoty K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, tak koncentrace zásady.

Příklad 2: Výpočet start text, p, H, end text slabě zásaditého roztoku

Jaká je hodnota start text, p, H, end text roztoku amoniaku, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript o koncentraci 1, comma, 5, start text, space, M, end text? left parenthesis, K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript, right parenthesis
Tento příklad nám má ukázat, jak vypočítat start text, p, H, end text ze zadaného open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket. Pojďme projít výpočet krok za krokem.

Krok 1: Napiš a vyčísli rovnici ionizační reakce

Nejprve si zapiš rovnici ionizační reakce amoniaku. Amoniak přijme proton z vody a vytvoří amonný kation, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript:
start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis

Krok 2: Napiš výraz pro výpočet K, start subscript, start text, b, end text, end subscript

Z této vyčíslené rovnice můžeme zapsat výraz pro K, start subscript, start text, b, end text, end subscript:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, close bracket, end fraction, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript

Krok 3: Zjisti rovnovážné koncentrace open bracket, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript, close bracket a open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket

K určení rovnovážných koncentrací použijeme bilanční tabulkustart text, end text:
start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis\rightleftharpoonsstart text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscriptstart text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript
Počátek1, comma, 50, start text, M, end text00
Změnaminus, xplus, xplus, x
Rovnováha1, comma, 50, start text, M, end text, minus, xxx
Dosazením rovnovážných hodnot do výrazu pro K, start subscript, start text, b, end text, end subscript dostaneme :
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, left parenthesis, x, right parenthesis, left parenthesis, x, right parenthesis, divided by, 1, comma, 50, start text, M, end text, minus, x, end fraction, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript
Zjednodušeně získáme:
start fraction, x, squared, divided by, 1, comma, 50, start text, M, end text, minus, x, end fraction, equals, 1, comma, 8, dot, 10, start superscript, minus, 5, end superscript
Jedná se o kvadratickou rovnici, kterou lze vyřešit pomocí kvadratického vzorce nebo aproximací.
x, equals, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, equals, 5, comma, 2, dot, 10, start superscript, minus, 3, end superscript, start text, space, M, end text

Krok 4: Zjisti start text, p, H, end text z open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket

Když už známe koncentraci hydroxidu, můžeme vypočítat start text, p, O, H, end text:
pOH=−log⁡[OH−]=−log⁡(5,2⋅10−3)=2,28\begin{aligned}\text{pOH}&=-\log[\text{OH}^-]\\ \\ &=-\log(5{,}2\cdot10^{-3})\\ \\ &=2{,}28\end{aligned}
Vzpomeň si, že při teplotě 25, degrees, start text, C, end text platí rovnice start text, p, H, end text, plus, start text, p, O, H, end text, equals, 14. Vyjádřením z této rovnice získáme:
start text, p, H, end text, equals, 14, minus, start text, p, O, H, end text
Dosazením vypočítané hodnoty start text, p, O, H, end text získáme:
start text, p, H, end text, equals, 14, comma, 00, minus, left parenthesis, 2, comma, 28, right parenthesis, equals, 11, comma, 72
To znamená, že start text, p, H, end text roztoku je 11, comma, 72.

Běžné slabé zásady

Vlevo je struktura pyridinu. Napravo je obecná struktura aminu: neutrální atomový dusík s jednoduchými vazbami na R1, R2 a R3.
Pyridin (vlevo) je cyklická sloučenina obsahující dusík. Aminy (vpravo) jsou organické sloučeniny obsahující neutrální dusík se třemi jednoduchými vazbami na vodík nebo uhlík. Obě molekuly působí jako slabé báze.
Od mýdel až po čisticí prostředky pro domácnosti, jsou příklady slabých zásad kolem nás. Aminy s neutrálním dusíkem se třemi vazbami na jiné atomy (obvykle uhlík nebo vodík) jsou běžnými funkčními skupinami v organických slabých bázích.
Aminy fungují jako zásady, protože jejich volný elektronový pár může přijímat start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. Amoniak, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, je příkladem aminové zásady. Pyridin, start text, C, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, N, end text, je dalším příkladem zásady obsahující dusík.

Shrnutí

  • Obecně pro jednosytnou slabou kyselinu start text, H, A, end text s konjugovanou bází start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript bude mít konstanta acidity tvar:
K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, A, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, H, A, end text, close bracket, end fraction
  • Konstanta acidity K, start subscript, start text, a, end text, end subscript popisuje jak velká část molekul kyseliny je rozložena v roztoku na ionty. Čím vyšší je hodnota K, start subscript, start text, a, end text, end subscript, tím je kyselina silnější a naopak.
  • Obecně pro jednosytnou slabou zásadu start text, B, end text s konjugovanou kyselinou start text, B, H, end text, start superscript, minus, end superscript bude mít konstanta bazicity tvar:
K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, equals, start fraction, open bracket, start text, B, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, divided by, open bracket, start text, B, end text, close bracket, end fraction
  • Konstanta bazicity (nebo také disociační konstanta zásady) K, start subscript, start text, b, end text, end subscript popisuje jak velká část molekul zásady se v roztoku rozloží na ionty. Čím vyšší je hodnota K, start subscript, start text, b, end text, end subscript, tím je zásada silnější a naopak.

Zkus si to!

Příklad 1: Zjišťování K, start subscript, start text, b, end text, end subscript z start text, p, H, end text

Roztok pyridinu, start text, C, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 5, end subscript, start text, N, end text, o koncentraci 1, comma, 50, start text, space, M, end text má při 25, degrees, start text, C, end text hodnotu start text, p, H, end text 9, comma, 70. Jaká je hodnota K, start subscript, start text, b, end text, end subscript pyridinu?
Vyber 1 odpověď:

Chceš se zapojit do diskuze?

Přihlášení
Zatím žádné příspěvky.
Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.