Heikot hapot
Miksi hapot ovat heikkoja tai vahvoja?
Jokainen happo reagoi veden kanssa. Kun se menettää protonin, se siirtää kyseisen protonin veteen. Vesi toimii emäksenä, kun se liuottaa protonin. Konjugoitunut happo on protonoitunut vesi ja se esitetään muodossa (H3O)+, (H5O2)+, (H2nOn)+ tai vain H+(aq). Konjugaattiemäs on happo miinus sen protoni.
Vahva happo dissosioituu täysin veteen, kun taas heikko happo on tasapainossa konjugaattiemäksensä kanssa vedessä. Tarkastellaan vahvan hapon, typpihapon eli HNO3:n, ja heikomman hapon, typpihapon eli HNO2:n, reaktiota vedessä.
Typpihappo on vahvempi happo kuin typpihappo, koska sen konjugaattiemäs on vakaampi. NO3-ionin ylimääräinen negatiivinen varaus on jakautunut kolmelle happiatomille, kun taas NO2-ionin ylimääräinen negatiivinen varaus on jakautunut kahdelle happiatomille.
Konjugaattiemäs on stabiilimpi, kun negatiivinen varaus on elektronegatiivisella alkuaineella ja kun varaus on delokalisoitunut useille atomeille. Mitä vakaampi konjugaattiemäs on, sitä vahvempi happo on. Vakaa konjugaattiemäs ei ole kovin emäksinen. Hyvin vahvalla hapolla on hyvin heikko konjugaattiemäs ja hyvin heikolla hapolla on hyvin vahva konjugaattiemäs.
heikon hapon tasapaino
Typpihappo on tasapainossa protonin ja sen konjugaattiemäksen, NO2-, kanssa. Koska veden konsentraatio on vakio, voimme määritellä vakion, joka on yhtä suuri kuin veden konsentraation ja tasapainovakion tulo. Tämä vakio, Ka, on 10-3,29 HNO2:lle.
Voidaan käyttää Ka:ta typpihappoliuoksen pH:n määrittämiseen. Määritetään esimerkiksi 0,01 moolista HNO2:ta 1,0 L:aan vettä tehdyn liuoksen pH.
Joskin osa haposta dissosioituu H+:ksi ja NO2-:ksi, mutta emme tiedä w=määrää. Kutsumme liuenneiden protonien moolipitoisuutta x niin = x. Tämä tarkoittaa, että myös NO2- pitoisuuden on oltava x, koska niitä muodostuu yhtä paljon hapon dissosioitumisen seurauksena. Konsentraatio
Konsentraatio x on aina mahdollista ratkaista kvadraattisen yhtälön avulla, mutta useimmiten voimme ratkaista sen approksimaation avulla. Jos oletamme, että dissosiaation laajuus on pieni, hapon tasapainokonsentraatio ei muutu kovin paljon alkuperäisestä konsentraatiosta. Tällöin voimme käyttää alkuperäistä happokonsentraatiota ka-lausekkeessa.
Lähestymistapa on tässä tapauksessa hyvä, koska saamme sen avulla saman pH-arvon kuin kvadraattisen yhtälön avulla.
Heikkojen happojen ja vahvojen emästen välinen reaktio
Vahvat emäkset reagoivat täysin heikkojen emästen kanssa muodostaen heikon hapon konjugaattiemäksen. Tällöin heikon hapon ja sen konjugaattiemäksen välillä vallitsee tasapaino vedessä.
Katsotaan esimerkiksi liuosta, joka muodostuu sekoittamalla 0,010 mol HNO2 ja 0,004 mol NaOH 1,0 L veteen. Jälleen voimme käyttää approksimaatiota tämän ratkaisemiseen. Approksimaatio on pätevä, koska dissosiaation laajuus on pieni, kun tuotetta on jo jonkin verran.
Heikot hapot ja vahvat hapot
Taulukoissa on valikoitujen happojen happojen dissosiaatiovakiot. Taulukossa on lueteltu pKa-arvot.
Erittäin vahvat hapot, eli ne, jotka dissosioituvat kokonaan veteen, erotetaan toisistaan tarkastelemalla niiden hapon dissosiaatiotasapainoa ei-vesiliuottimissa ja arvioidaan veden pKa. Heikompien happojen (pKa >0) tasapainovakiot määritetään liuosten pH-mittauksista.
TakaisinKompassiSisällysluetteloTaulukotEsittelySeuraava