Egyensúlyi egyenleteknél miből dől el (honnan tudom eldönteni), hogy bele kell-e írni a vizet, vagy nem? De a fő kérdés: egyensúlyi állandó számításánál az egyensúlyi koncentráció számításába bele kell-e?

Az egyensúlyi folyamatokat ugyebár mindig jellemzi egy K egyensúlyi állandó. A kulcsszó itt az állandó. Ennek tudatában vizsgáljuk egy sav disszociációját vízben. Az alábbi pontok megértése fontos:

1. A "HA <---> H+ + A-" reakció nem játszódik le, mert a proton önmagában nem létezik, ugyanis nagyon instabil, tulajdonképpen felfogható a világ legerősebb savjának, mert önmagában véve bármit megprotonál. A savak viszont nem így működnek (nem arról van szó hogy disszociának protonra és anionra), hanem ők protonálnak meg egy másik molekulát, ez esetben vizet. Tehát szabad proton sosem úszkál oldatban, hanem a sav csinálja azt hogy egy vízmolekulával való ütközés során ad át neki protont. Ezért a helyes felírás a " HA + H2O <--> A- + H3O+". Joggal kérdezhetjük tehát hogy mi a helyzet a vízzel, hiszen szerepel az egyenletben, anélkül a folyamat kémiailag nem értelmes. (Megjegyzés: A sók valóban egyszerű disszociációt végeznek pl. NaCl ---> Na+ + Cl- ellentétben a savakkal, ahol víz is kell magához a folyamat lejátszódásához)

2. Tudjuk hogy a K egyensúlyi állandó definíciója: a termékek egyensúlyi koncentrációit, a megfelelő sztöchiometriai hatványon, leosztjuk a kiindulási anyagok egyensúlyi koncetrációival, ismét a megfelelő hatványon. Oxónium-ion és az anion koncentrációját értjük: 1 dm3 oldatban hány mol H3O+ és A- van oldva, oké. De mit jelent a víz koncentrációja? 1 dm3 oldatban hány mol víz van feloldva?? Hát ez igencsak fura. A furcsaság feloldását az alábbi megoldás szolgáltatja:

A víz koncentrációja állandó érték! Úgy van, hiszen ha veszek 1 dm3 vizet, az ugye 1000g, molba átváltva pedig n=m/M=1000/18=55,56 mol/dm3. ennyi vízmolekula van 1 dm3 vízben. Ez bármilyen oldatra nézve jó közelítéssel igaz (mivel az oldatban főleg vízmolekulák vannak. Most kit zavar 0,001 mol anion ha egyszer ott van 55,56 mol víz?) Tehát azt mondhatjuk hogy kellően híg oldat esetén a víz koncentrációja állandó. És mivel a pH eleve csak viszonylag híg oldatokra van értelmezve, ezért a víz koncentrációját állandónak vesszük, értéke 55,56 mol/dm3.

3. Ha a K definícióját a savakra írjuk fel, ezt kapjuk:

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

De a víz koncentrációja is állandó, és a K is, hát akkor miért ne építsük egybe őket? Azt csinálták, hogy ezt az egyenletet beszorozták [H2O]-val, így egy új K-t kaptak, ezt elvezezték savállandónak (Ks), és így az egyenletből kihagyható a víz, mert az állandó, és azt már tartalmazza a Ks.

4. Elemezzük ezt a fajta megoldást! A víz azért hagyható ki, mert koncentrációja közel állandó. A reakció fogyaszt némi vizet, mert a sav hatására néhány molekulából H3O+ lesz, de pl 0,1 mólos erős sav esetén is csak 55,46-ra módosul a víz koncentrációja, aminek figyelmen kívül hagyása kb. 0,2%-os hibát okoz. Nem is beszélve a hígabb oldatokról és a gyenge savakról! Ezért ezt a tényezőt elhanyagoljuk, a víz koncentrációját állandónak tekintjük és beleépítjük a K-ba, így nem kell belevenni, nem kell foglalkozni vele.

4. Mindez amit írtam csak vizes oldatokban igaz, ahol a víz túlnyomó többséget élvez az összes többi oldott anyaghoz képest. Ha pl. 2 mol 100%-os ecetsavat és 2 mol tiszta etanolt öntenék össze és vizsgálnám az észterképződést, az is egyensúlyi folyamat és víz lép ki (*), de ott nem vizes oldatom van hanem 100%-os szerves oldószereim, ilyenkor nem hagyható el a víz koncentrációváltozása és nem is tekinthető állandónak.

(*): CH3-CH2-OH + CH3-COOH <---> CH3-COO-CH2-CH3 + H2O Ilyenkor a vizet is tartalmazza a K, és nem is Ks-nek hívjuk.

Még egy fontos dolgot kihagytam. Ugye írtad hogy miért nem elég a HA <--> H+ + A- felírás? Erre részben megadtam a választ: a sav nem egyszerű disszociáció útján végez protonleadást, hanem vízzel való reakció útján. Nade, ami kimaradt, hogy ez a fajta elhanyagolás amit írtam az előbb, milyen Ks-hez vezet?

Ks = [A-]*[H3O+]/[HA]

ami tulajdonképpen ugyanaz mintha azt írnám fel hogy

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

ami meg úgy néz ki mintha a kémiailag pontatlan, disszociációs egyensúly K-ja lenne. A két dolog tehát matematikailag ugyanaz, hiszen az mindegy hogy H3O+ -nak vagy H+ -nak hívom a pH-ért felelős iont. Különbség tehát nincs, ez egy matematikai véletlen egybeesés, kémiailag azonban a helyes felírás a H3O+ iont tartalmazó képlet.

Ha valami nem lenne érthető, írj nyugodtan.