Kezdőoldal » Tudományok » Természettudományok » Mik a savállandó alkalmazhatós...

Mik a savállandó alkalmazhatóságának feltételei?

Figyelt kérdés

Épp most próbálom meg a pH-t, savállandót, gyenge/erős savakat és az ezekhez kapcsolódó elméleteket megérteni, és úgy néz ki még nem tiszta minden. Azokban az anyagokban, amiket olvastam, ott vannak rá utalások, hogy a savállandót (Ks) csak akkor lehet/érdemes használni, hogyha gyenge savról van szó, vagy híg vizes oldat esetében, ahol 55,5 mol/dm3-hez közelít a vízmolekulák koncentrációja.

Leegyszerűsítve annyi lenne a kérdésem, hogy a savállandó alkalmazásának feltétele, hogy híg vizes oldatról legyen szó? És az feltétele, hogy gyenge sav vizes oldatáról legyen szó? Esetleg mindkettő feltétele? Vagy netán egyik se?



2023. márc. 30. 19:40
 1/6 Zcom09 ***** válasza:
100%

A savi disszociációs állandó (Ka) és annak tízes alapú logaritmusa (pKa). Lényegében azt adja meg hogy egy sav milyen arányban disszociál, pontosabban hogy hol van a disszociálatlan és disszociált egyensúlya.


Mint minden egyensúlyi folyamatot ezt is sok minden befolyásolja, a hőmérséklet, koncentráció, egyéb anyagok, stb...

Ezek miatt a gyakorlatban ez az állandó mindig csak közelítő érték lesz.

Szóval a kérdés az hogy milyen körülmények között lesz a valós és számított pKa között a különbség, hogy ne lehessen a számímtottat megbízhatóan használni.

Először vegyük az erős savakat, mert azok egyszerűbbek. A legtöbb esetben ezek közel 100%-ban disszociálnak, így a valós pka értékükben történő változás lényegtelen mivel így is 100% fölött marad. Kivétel ez alól ha két jelentősen eltérő erősségű erős sav van az oldatban. Ilyenkor az erősebb sav a gyengébbet protonálhatja. Ilyenkor a gyengébb savra nem használható a számított pKa-a.

A kicsit bonyolultabb eset a gyenge savak. Mivel ezek alapból kis mértékben disszociálódnak így kisebb behatások is jelentős változást okozhatnak. De a legtöbb esetben ez a változás nem elegendő hogy használhatatlanná tegye a standart számított pKa-t. Amik viszont már túl jelentős változást eredményeznek ozok a: egy erősebb sav jelenléte, a sav sójának jelenléte(főleg magasabb konc.-ban), valamint extrém koncentráció (+~95%).


Valamint ezeket az értékeket vizes közegre értelmezik. Az oldószer nagyban befolyásolja egy sav savasságát. Így például nem lehet az ecetsav vizes közegre számolt pKa értékét mondjuk egy lúgos karakterisztikájú szerves oldószerben használni.

2023. márc. 30. 20:13
Hasznos számodra ez a válasz?
 2/6 A kérdező kommentje:
Hú, hát akkor viszont végképp nem értem. A könyvben azt írják, hogy a Ks alapja, hogy a víz koncentrációja 55,5 mol/dm3 legyen, mivel a Ks értékébe ez már bele van számolva konstansként. Na most egy "extrém koncentráció" alatti koncentráció (pl. 80%) esetén bőven nem közelít a víz koncentrációja 55,5 mol/dm3-hoz. Akkor hogyan marad használható a Ks ?
2023. márc. 30. 20:33
 3/6 Zcom09 ***** válasza:
89%

Az egyszerűsített képletben nem szerepel a víz disszociációja:

Ka=[A-][H+]/[AH]

Ami ebből a szempontból lényeges az csak a disszociált és disszociálatlan sav koncentrációja. Legalábbis ha nem akarunk kb. 1*10^-6 pontosságokban számolni.

(A 55,5 mol/dm3 H2O azt egy végtelenül híg oldatot jelent. Ami a valóságban sose reális. )

2023. márc. 30. 20:51
Hasznos számodra ez a válasz?
 4/6 sadam87 ***** válasza:
100%

"Leegyszerűsítve annyi lenne a kérdésem, hogy a savállandó alkalmazásának feltétele, hogy híg vizes oldatról legyen szó?"

Igen. Pontosabban minél töményebb oldatra alkalmazod, annál pontatlanabb lesz az eredmény (pusztán a savállandó definíciója miatt is). A magyarázat:

A savállandót a sav és a víz egyensúlyi reakciójából lehet levezetni:

HA + H2O ⇌ A- + H3O+

Írjuk fel az egyenletre az egyensúlyi állandót:

K = [H3O+]*[A-]/([HA]*[H2O])

Ez még nem a savállandó. Mivel leggyakrabban híg oldatokkal foglalkozunk, ezekben a víz koncentrációja jó közelítéssel megegyezik, állandónak tekinthető. Ezt használják ki a savállandó definiálásához. (Mivel az első válaszoló a Ka jelölést használta, én is azt fogom. A magyar szakirodalomban néha használják a Ks jelölést is.):

Ka = K*[H2O] = [H3O+]*[A-]/[HA]

A fentiek alapján belátható, hogy a savállandó valójában csak akkor állandó (jó közelítéssel), ha a víz koncentráció nem változik (érdemben), azaz az oldat híg. Nagyon tömény oldatoknál már figyelembe kellene venni a víz koncentrációjának változását is.


"És az feltétele, hogy gyenge sav vizes oldatáról legyen szó?"

Nem feltétele. Azonban általában erős savaknál nem érdemes a savállandót használni, egyszerűen úgy számolunk, mintha a sav teljesen disszociálna. Magyarázat:

Az erős savaknál a savállandó értéke lényegesen nagyobb 1-nél (a pKa negatív). Emiatt a sav teljesen disszociál, hacsak nem nagyon erősen savas az oldat. A savállandó egyenlete alapján levezethető, hogy a sav disszociációjának mértéke a pH-tól függ (ha minden más állandó). (Az egyszerűség kedvéért most már oxóniumion koncentráció helyett hidrogénion koncentrációt fogok írni.)

Ka = [H+]*[A-]/[HA]

Ka/[H+] =[A-]/[HA]

Másképp felírva:

pH-pKa = lg([A-]/[HA])

A fenti egyenletekből megállapítható, hogy ha a pH megegyezik a pKA-val, akkor a protonált és a deprotonált forma koncentrációja megegyezik. Ha a pH egyel nagyobb, mint a pKa, akkor a deprotonált forma koncentrációja 10x nagyobb, mint a protonálté, ha a pH kettővel nagyobb, akkor 100x a különbség, stb.

Ahogy említettem, az erős savak pKA értéke negatív (salétromsav: -1,4, kénsav (első proton leadása): -2,8 sósav: -3 vagy még kisebb*). Ez azt jelenti, hogy ha a pH 1, vagy annál nagyobb, akkor a protonált forma koncentrációja elhanyagolható lesz, így nincs értelme a savállandót használni a számoláshoz, hiszen a sav jó közelítéssel teljesen disszociál.

(* Erős savaknál ráadásul tudtommal nem is tudják mérni - gondolom, pont a fentiek miatt - a savállandót, csak elméleti számolások vannak. Azok meg nem biztos, hogy pontosak, a sósavra elég különböző értékeket találtam.)

Ráadásul a pH valójában nem a hidrogénionkoncentráció (bár a középiskolában így tanítják), hanem a hidrogénionok kémiai aktvitásának negatív tízes alapú logaritmusa. Nem túl savas oldatokban nagyon jó közelítéssel megegyezik a kettő, de erősen savas oldatokban (ahogy növekszik a hidrogénion koncentráció) egyre nagyobb lesz az eltérés. (Abba most nem mennék bele, hogy mi a kémiai aktivitás, maximum ha nagyon érdekel. De mondjuk nem is biztos, hogy jól el tudnám magyarázni...)

[link]

Azaz olyan oldatokban, ahol (elvileg) nem disszociálnak teljesen az erős savak, igazából már a pH fogalma sem használható túl jól. A legerősebb savak erősségét egyébként általában nem is a Ka / pKa érték alapján szokták összehasonlítani. (Ráadásul ilyen savas oldatok már semiképpen nem volnának túl hígak!)

2023. márc. 30. 20:53
Hasznos számodra ez a válasz?
 5/6 sadam87 ***** válasza:
100%

#1

"így a valós pka értékükben történő változás lényegtelen mivel így is 100% fölött marad."

Mármint gondolom 100% közelében. Fölötte nehéz volna.

"Kivétel ez alól ha két jelentősen eltérő erősségű erős sav van az oldatban."

Azért két erős sav esetében nem nagyon lesz ilyen nagy a különbség. Illetve ha igen, akkor is legfeljebb tömény oldatban lesz hatása, akkor meg már sok egyéb feltétel sem teljesül.

"Ilyenkor a gyengébb savra nem használható a számított pKa-a."

Már miért ne lenne használható? (De egyébként pont az előbb írtad, hogy azt erős savaknál amúgy sem szoktuk használni.)

"Mivel ezek alapból kis mértékben disszociálódnak így kisebb behatások is jelentős változást okozhatnak. De a legtöbb esetben ez a változás nem elegendő hogy használhatatlanná tegye a standart számított pKa-t."

Itt nem nagyon értem, mire gondolsz. A disszociációjukat a pH természetesen erősen befolyásolja. Pont ennek a kiszámolására alkalmas a savállandó. Szóval ez esetben épp, hogy jól lehet használni. Persze ezen kívül érzékeny a hőmérsékletre is, de ez minden egyensúlyi reakcióról és állandóról elmondható.

"Amik viszont már túl jelentős változást eredményeznek ozok a: egy erősebb sav jelenléte"

Attól, hogy erősebb sav van jelen, még remekül használható a savállandó gyengébb sav disszociációjának kiszámolására.

"a sav sójának jelenléte(főleg magasabb konc.-ban),"

Ez sem teszi használhatatlanná, például kiszámolható gyenge sav és erős bázis sójának pH-ja, vagy épp pufferoldat pH-ja a savi disszociációs állandó alapján.

"valamint extrém koncentráció (+~95%)."

A nagy koncentráció tényleg okozhat gondot, ahogy fent írtam. Nem kel 95% (az a legtöbb sav esetében nem is létezik), hígabb oldat is elég.

"Valamint ezeket az értékeket vizes közegre értelmezik."

Az igaz, hogy a vizes közegben számított érték más oldószerben nem használható. Már csak azért sem, mert az oldószer autoprotolízisének egyensúlya is más. De más oldószerben is ki lehet számítani az ottani savállandó értékét.


#2

"Na most egy "extrém koncentráció" alatti koncentráció (pl. 80%) esetén bőven nem közelít a víz koncentrációja 55,5 mol/dm3-hoz. Akkor hogyan marad használható a Ks ?"

Sehogy (vagy maximum nagyon nagyon rosszul). A könyved jól írja. A levezetést az előző válaszomban megadtam.


#3

"Az egyszerűsített képletben nem szerepel a víz disszociációja:"

Abban nem, csak a definíciójában. Így ha a víz koncentrációja változik, akkor a "savállandó" sem lesz már állandó. Következésképpen nem lehet használni.

"(A 55,5 mol/dm3 H2O azt egy végtelenül híg oldatot jelent. Ami a valóságban sose reális. )"

Ez igaz, de ha nem akarunk 6 értékesjegy pontossággal számolni, akkor nem túl tömény oldatokban (mondjuk 0,1 M-ig biztosan) elég jó közelítéssel állandó lesz az érték.

2023. márc. 30. 21:06
Hasznos számodra ez a válasz?
 6/6 A kérdező kommentje:
sadam87: köszönöm szépen a válaszokat!
2023. márc. 31. 11:46

Kapcsolódó kérdések:





Minden jog fenntartva © 2024, www.gyakorikerdesek.hu
GYIK | Szabályzat | Jogi nyilatkozat | Adatvédelem | Cookie beállítások | WebMinute Kft. | Facebook | Kapcsolat: info(kukac)gyakorikerdesek.hu

A weboldalon megjelenő anyagok nem minősülnek szerkesztői tartalomnak, előzetes ellenőrzésen nem esnek át, az üzemeltető véleményét nem tükrözik.
Ha kifogással szeretne élni valamely tartalommal kapcsolatban, kérjük jelezze e-mailes elérhetőségünkön!