Հիմնական նյութ

10-րդ դասարան. քիմիա

Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. քիմիա) > Բաժին 5

Դաս 2: Հիմնա-թթվային հավասարակշռություն

Թույլ թթու - թույլ հիմք հավասարակշռություն

Թույլ թթուների և հիմքերի մասնակցությամբ իոնացման ռեակցիաներ և դրանց հետ կապ ունեցող հավասարակշռության հաստատուններ՝ Kթ և Kհ: Kթ-ի և Kհ-ի կապը pH-ի հետ և դիսոցման աստիճանի հաշվարկը։

Հիմնական դրույթներ

Ընդհանուր առմամբ միահիմն թույլ թթվի՝ $HA$ ‍-ի և իր զուգորդված հիմքի՝ $A^{-}$ ‍-ի միջև գոյություն ունեցող հավասարակշռությանը համապատախան արտահայտությունն ունի հետևյալ տեսքը․

$K_{թ} = \frac{[H_{3} O^{+}] [A^{-}]}{[HA]}$ ‍

Թթվի դիսոցման հաստատունը ՝ $K_{թ}$ ‍-ն, քանակապես արտահայտում է թույլ թթվի դիսոցման չափը։ Որքան մեծ է $K_{թ}$ ‍-ի արժեքը, այնքան ուժեղ է թթուն, և հակառակը։
Ընդհանուր առմամբ թույլ հիմքի՝ $B$ ‍-ի և իր զուգորդված թթվի՝ ${BH}^{+}$ ‍-ի միջև գոյություն ունեցող հավասարակշռությանը համապատասխան արտահայտությունն ունի հետևյալ տեսքը․

$K_{հ} = \frac{[{BH}^{+}] [{OH}^{-}]}{[B]}$ ‍

Հիմքի դիսոցման հաստատունը (կամ հիմքի իոնացման հաստատունը)՝ $K_{հ}$ ‍-ը, քանակապես արտահայտում է թույլ հիմքի իոնացման չափը։ Որքան մեծ է $K_{հ}$ ‍-ի արժեքը, այնքան ուժեղ է հիմքը, և հակառակը։

Ուժեղ և թույլ թթուներ ու հիմքեր

Ուժեղ թթուներն ու ուժեղ հիմքերն ամբողջությամբ դիսոցվում են ջրային լուծույթում՝ առաջացնելով համապատասխան իոնները։ Ի համեմատ դրան՝ թույլ թթուներն ու հիմքերը դիսոցվում կամ իոնացվում են միայն մասամբ, իսկ իոնացման ռեակցիան դարձելի է։ Ուստի թույլ թթուների և հիմքերի լուծույթները պարունակում են լիցքավորված և չլիցքավորված տարբեր մասնիկներ դինամիկ հավասարակշռության վիճակում։

Այս հոդվածում կքննարկենք թթվի և հիմքի դիսոցման ռեակցիաներն ու դրանց համապատասխան հավասարակշռության հաստատունները՝

K_{թ}

-ն՝ որպես թթվի դիսոցման հաստատուն, և

K_{հ}

-ը՝ որպես հիմքի դիսոցման հաստատուն։

Նախավարժանք․ Թթվի ուժի և $pH$ ‍-ի համեմատումը

Խնդիր 1. Միևնույն կոնցենտրացիայով թույլ և ուժեղ թթուների համեմատումը

Ունենք երկու թթուների ջրային լուծույթ․ ֆտորաջրածնական թթվի՝

HF (լ - թ)

-ի

2, 0 Մ

լուծույթ և բրոմաջրածնական թթվի՝

HBr (լ - թ)

-ի

2, 0 Մ

լուծույթ։ Ո՞ր թթվի ջրային լուծույթը կունենա

pH

-ի ավելի ցածր արժեք։

[Օգնության կարիք ունեմ:]

Խնդիր 2. Տարբեր կոնցենտրացիաներով թույլ և ուժեղ թթուների համեմատումը

Այս անգամ ունենք ֆտորաջրածնական թթվի՝

HF (ջ ր)

-ի

2, 0 Մ

լուծույթ և բրոմաջրածնական թթվի՝

HBr (ջ ր)

-ի

1, 0 Մ

լուծույթ։ Ո՞ր լուծույթը կունենա ավելի ցածր

pH

Ենթադրենք, որ չգիտենք ֆտորաջրածնական թթվի դիսոցմանը համապատասխան հավասարակշռության հաստատունը։

[Օգնության կարիք ունեմ:]

Թույլ թթուներն ու թթվի դիսոցման հաստատունը՝ $K_{թ}$ ‍

Թույլ թթուները այն թթուներն են, որոնք ոչ ամբողջությամբ, մասնակի են դիսոցվում ջրային լուծույթում։ Այլ կերպ ասած՝ թույլ թթուն ցանկացած այն թթուն է, որն ուժեղ թթու չէ:

Թույլ թթվի ուժը կախված է իր դիսոցման չափից․ որքան շատ է թթուն դիսոցվում, այնքան ուժեղ է այն։ Թույլ թթուների հարաբերական ուժը քանակակապես ներկայացնելու համար կարող ենք դիտարկել թթվի դիսոցման հաստատուն

K_{թ}

-ն, որը հավասարակշռության հաստատունն է թթվի դիսոցման ռեակցիայի համար։

Ընդհանուր առմամբ՝ միահիմն թույլ թթվի՝

HA

-ի ջրում դիսոցման ռեակցիան կարելի է գրել հետևյալ կերպ․

[Ի՞նչ է նշանակում «միահիմն»։]

HA (լ - թ) + H_{2} O (հ) ⇌ H_{3} O^{+} (լ - թ) + A^{-} (լ - թ)

Այս ռեակցիայից ելնելով՝ կարող ենք գրել մեր հավասարակշռության հաստատուն

K_{թ}

-ի արտահայտությունը․

K_{թ} = \frac{[H_{3} O^{+}] [A^{-}]}{[HA]}

[Չեմ հիշում, թե ինչպես գրել հավասարակշռության հաստատունի արտահայտությունները․․․]

Հավասարակշռության արտահայտությունը ցույց է տալիս վերջանյութերի կոնցենտրացիաների հարաբերությունը ելանյութերի կոնցենտրացիաներին։ Որքան շատ է

HA

-ն դիսոցվում

H^{+}

-ի և իր զուգորդված հիմքի՝

A^{-}

-ի, այնքան ուժեղ է թթուն, և մեծ է

K_{թ}

-ի արժեքը։ Քանի որ

pH

-ի արժեքը կապված է

[H_{3} O^{+}]

-ի հետ, ապա լուծույթի

pH

-ը կախված կլինի ոչ միայն թթվի կոնցենտրացիայից, այլ նաև

K_{թ}

-ի արժեքից.

pH

-ը նվազում է թթվի կոնցենտրացիայի մեծացմանը և/կամ

K_{թ}

-ի մեծացմանը զուգընթաց։

Տարածված թույլ թթուներ

Կարբօքսիլային խումբը թույլ օրգանական թթուներում տարածված գործառութային խումբ է, որն ունի

- COOH

բանաձևը։ Խնձորաթթուն

(C_{4} H_{6} O_{5})

օրգանական թթու է, որը պարունակում է երկու կարբօքսիլային խումբ և տալիս է խնձորին և որոշ այլ մրգերի թթու համ։ Քանի որ մոլեկուլում կա երկու կարբօքսիլային խումբ, ապա խնձորաթթուն կարող է տրամադրել առավելագույնը երկու պրոտոն։

Ստորև բերված աղյուսակում ներկայացված են թույլ թթուների և նրանց

K_{թ}

արժեքների որոշ օրինակներ։

Անուն	Բանաձև	$K_{թ} (25^{\circ} C)$ ‍
Ամոնիում	${NH}_{4}^{+}$ ‍	$5, 6 \times 10^{- 10}$ ‍
Քլորային թթու	${HClO}_{2}$ ‍	$1, 2 \times 10^{- 2}$ ‍
Ֆտորաջրածնական թթու	$HF$ ‍	$7, 2 \times 10^{- 4}$ ‍
Քացախաթթու (էթանաթթու)	${CH}_{3} COOH$ ‍	$1, 8 \times 10^{- 5}$ ‍

Յուրացված գիտելիքի ստուգում․ վերոնշյալ աղյուսակից ելնելով՝ ո՞ր թթուն է ավելի ուժեղ՝ քացախաթթու՞ն, թե՞ ֆտորաջրածնական թթուն։

[Ցույց տալ պատասխանը]

Օրինակ 1. Թույլ թթվի դիսոցման աստիճանի հաշվումը

Թույլ թթվի դիսոցման չափը քանակապես ներկայացնելու եղանակներից մեկը իր դիսոցման աստիճանը հաշվելն է։

HA

թույլ թթվի դիսոցման աստիճանը կարելի է հաշվել հետևյալ կերպ․

դիսոցման % = \frac{[A^{-} (լ - թ)]}{[HA (լ - թ)]} \cdot 100 %

Եթե ազոտային թթվի $({HNO}_{2})$ ‍ $K_{թ}$ ‍-ի արժեքը $4, 0 \times 10^{- 4}$ ‍ է $25^{\circ} C$ ‍-ում, որքա՞ն կլինի ազոտային թթվի $0, 400 Մ$ ‍ լուծույթի դիսոցման աստիճանը։

Լուծենք այս խնդիրը քայլ առ քայլ։

Քայլ 1. Գրենք թթվի դիսոցման ռեակցիայի հավասարեցված հավասարումը

Նախ արի գրենք

{HNO}_{2}

-ի ջրի մեջ դիսոցման ռեակցիայի հավասարեցված հավասարումը։ Ազոտային թթուն կարող է ջրին տրամադրել մեկ պրոտոն՝ առաջացնելով

{NO}_{2}^{-} (ջ ր)

․

{HNO}_{2} (լ - թ) + H_{2} O (հ) ⇌ H_{3} O^{+} (լ - թ) + {NO}_{2}^{-} (լ - թ)

Քայլ 2. Գրենք $K_{թ}$ ‍-ի արտահայտությունը

Քայլ 1-ի հավասարումից ելնելով՝ կարող ենք գրել ազոտային թթվի համար

K_{թ}

-ի արտահայտությունը․

K_{թ} = \frac{[H_{3} O^{+}] [{NO}_{2}^{-}]}{[{HNO}_{2}]} = 4, 0 \times 10^{- 4}

Քայլ 3. Գտնենք $[H^{+}]$ ‍ և $[{NO}_{2}^{-}]$ ‍ հավասարակշռության վիճակում

Այժմ կարող ենք օգտագործել

ՍՓՀ

աղյուսակը, որպեսզի որոշենք մեր

K_{թ}

-ի արտահայտության հավասարակշռական կոնցենտրացիաների համար հանրահաշվական արտահայտությունները․

	${HNO}_{2} (ջ ր)$ ‍	$H_{3} O^{+}$ ‍	${NO}_{2}^{-}$ ‍
Սզբնական	$0, 400 Մ$ ‍	$0$ ‍	$0$ ‍
Փոփոխություն	$- x$ ‍	$+ x$ ‍	$+ x$ ‍
Հավասարակշռային	$0, 400 Մ - x$ ‍	$x$ ‍	$x$ ‍

Տեղադրելով հավասարակշռային կոնցենտրացիաների արժեքները մեր

K_{թ}

-ի արտահայտության մեջ՝ կստանանք․

K_{թ} = \frac{(x) (x)}{(0, 400 Մ - x)} = 4, 0 \times 10^{- 4}

Այս արտահայտությունը պարզեցնելիս կստանանք հետևյալը․

\frac{x^{2}}{0,400 Մ - x} = 4, 0 \times 10^{- 4}

Սա քառակուսային հավասարում է, որը կարելի է լուծել

x

-ի համար՝ օգտագործելով քառակուսային բանաձևը կամ մոտարկման մեթոդը։

[Չգիտեմ, թե ինչպես գտնել x-ը։]

Երկու մեթոդներն էլ կտան

x = 0, 0126 Մ

։ Հետևաբար

[{NO}_{2}^{-}] = [H_{3} O^{+}] = 0, 0126 Մ

Քայլ 4. Հաշվենք դիսոցման աստիճանը

Դիսոցման աստիճանը հաշվելու համար կարող ենք օգտվել հավասարակշռային կոնցենտրացիաներից, որոնք որոշել էինք Քայլ 3-ում․

\begin{aligned} դիսոցման % & = \frac{[{NO}_{2}^{-}]}{[{HNO}_{2}]} \\ = \frac{0, 0126 Մ}{0,400 Մ} \times 100 % \\ = 3, 2 % \end{aligned}

Այսպիսով՝ ջրային լուծույթում ${HNO}_{2}$ ‍-ի $3, 2 %$ ‍-ն է դիսոցվել՝ առաջացնելով $H^{+}$ ‍ և ${NO}_{2}^{-}$ ‍ իոններ։

Թույլ հիմքեր և $K_{հ}$ ‍

Արի այժմ ուսումնասիրենք հիմքի դիսոցման հաստատունը (երբեմն կոչվում է նաև հիմքի իոնացման հաստատուն)՝

K_{հ}

-ը։ Նախ կարող ենք գրել որևէ կամայական թույլ հիմքի՝

B

-ի ջրում ընթացող իոնացման ռեակցիան։ Այս ռեակցիայում հիմքը ընդունում է ջրից պրոտոն՝ առաջացնելով հիդրօքսիդ իոն և զուգորդված թթու՝

{BH}^{+}

․

B (լ - թ) + H_{2} O (հ) ⇌ {BH}^{+} (լ - թ) + {OH}^{-} (լ - թ)

[Ինչու՞ է սա կոչվում «հիմքի դիսոցման հաստատուն», այն դեպքում, եթե հիմքը չի դիսոցվում։]

Հավասարակշռության հաստատուն

K_{հ}

-ի արտահայտությունը կարող ենք գրել հետևյալ կերպ․

K_{հ} = \frac{[{BH}^{+}] [{OH}^{-}]}{[B]}

Այս հարաբերությունից տեսնում ենք, որ որքան շատ է հիմքը իոնացվում՝ առաջացնելով

{BH}^{+}

, այնքան ուժեղ է հիմքը, և մեծ է

K_{հ}

-ի արժեքը։ Լուծույթի

pH

-ը կլինի կախված ինչպես

K_{հ}

-ի արժեքից, այնպես էլ՝ հիմքի կոնցենտրացիայից:

Օրինակ 2. Թույլ հիմքի ջրային լուծույթի $pH$ ‍-ի արժեքի հաշվումը

Ինչքա՞ն կլինի ամոնիակի (

{NH}_{3}

)

1, 50 Մ

լուծույթի

pH

-ի արժեքը

(K_{հ} = 1, 8 \times 10^{- 5})

Այս օրինակը հավասարակշռության հետ կապված խնդիր է, որի մեջ կա մեկ լրացուցիչ քայլ․

pH

-ի արժեքի որոշումը

[{OH}^{-}]

-ից։ Արի քայլ առ քայլ անդրադառնանք հաշվարկներին։

Քայլ 1. Գրենք հիմքի իոնացման ռեակցիայի հավասարեցված հավասարումը

Նախ արի դուրս գրենք հիմքի իոնացման ռեակցիան ամոնիակի համար։ Ամոնիակը ջրից կընդունի պրոտոն՝ առաջացնելով ամոնիում իոն՝

{NH}_{4}^{+}

․

{NH}_{3} (լ - թ) + H_{2} O (հ) ⇌ {NH}_{4}^{+} (լ - թ) + {OH}^{-} (լ - թ)

Քայլ 2. Գրենք $K_{հ}$ ‍-ի արտահայտությունը

Ելնելով այս հավասարեցված հավասարումից՝ կարող ենք գրել

K_{հ}

-ի արտահայտությունը․

K_{հ} = \frac{[{NH}_{4}^{+}] [{OH}^{-}]}{[{NH}_{3}]} = 1, 8 \times 10^{- 5}

Քայլ 3. Գտնենք $[{NH}_{4}^{+}]$ ‍ և $[{OH}^{-}]$ ‍ հավասարակշռության վիճակում

Հավասարակշռային կոնցենտրացիաները որոշելու համար կօգտագործենք

ՍՓՀ

աղյուսակը․

	${NH}_{3} (ջ ր)$ ‍	${NH}_{4}^{+}$ ‍	${OH}^{-}$ ‍
Սզբնական	$1, 50 Մ$ ‍	$0$ ‍	$0$ ‍
Փոփոխություն	$- x$ ‍	$+ x$ ‍	$+ x$ ‍
Հավասարակշռային	$1, 50 Մ - x$ ‍	$x$ ‍	$x$ ‍

Տեղադրելով հավասարակշռային կոնցենտրացիաների արժեքները մեր

K_{հ}

-ի արտահայտության մեջ՝ կստանանք հետևյալը․

K_{հ} = \frac{(x) (x)}{1, 50 Մ - x} = 1, 8 \times 10^{- 5}

Պարզեցնելիս կստանանք.

\frac{x^{2}}{1, 50 Մ - x} = 1, 8 \times 10^{- 5}

Սա քառակուսային հավասարում է, որը կարելի է լուծել՝ օգտվելով քառակուսային բանաձևից կամ մոտարկման մեթոդից։ Երկու մեթոդները կհանգեցնեն հետևյալ լուծման.

x = [{OH}^{-}] = 5, 2 \times 10^{- 3} Մ

Քայլ 4. Գտնենք $pH$ ‍-ը $[{OH}^{-}]$ ‍-ից

Այժմ, երբ գիտենք հիդրօքսիդ իոնի կոնցենտրացիան, կարող ենք հաշվել

pOH

-ը․

\begin{aligned} pOH & = - \log [{OH}^{-}] \\ = - \log (5, 2 \times 10^{- 3}) \\ = 2, 28 \end{aligned}

Հիշենք, որ

25^{\circ} C

-ում

pH + pOH = 14

։ Վերադասավորելով այս հավասարումը՝ կստանանք․

pH = 14 - pOH

Տեղադրելով մեր արժեքը

pOH

-ի համար՝ կստանանք․

pH = 14, 00 - (2, 28) = 11, 72

Այսպիսով՝ լուծույթի $pH$ ‍-ը կլինի 11,72։

Տարածված թույլ հիմքեր

Պիրիդինը (ձախ կողմում) ազոտ պարունակող ցիկլիկ միացություն է։ Ամինները (աջ կողմում) օրգանական միացություններ են, որոնք պարունակում են ազոտի չեզոք ատոմ՝ երեք միակի կապերով ջրածնի կամ ածխածնի ատոմներին միացած։ Երկու մոլեկուլներն էլ հանդես են գալիս որպես թույլ հիմք։

Թույլ հիմքերը ամենուր են՝ օճառներից ընդհուպ մինչև կենցաղային մաքրող միջոցները։ Ամինները պարունակում են ազոտի չեզոք ատոմ, որն առաջացնում է ևս երեք կապ այլ տարրերի ատոմների հետ (հիմնականում ածխածնին կամ ջրածնին): Դրանք տարածված ֆունկցիոնալ խումբեր են օրգանական թույլ հիմքերում։

Ամինները կարող են հանդես գալ որպես հիմք, քանի որ ազոտի ազատ էլեկտրոնային զույգը կարող է ընդունել

H^{+}

։ Ամոնիակը՝

{NH}_{3}

-ը, ամինային հիմքի օրինակ է։ Պիրիդինը՝

C_{5} H_{5} N

-ը, ազոտ պարունակող հիմքի մեկ այլ օրինակ է։

Ամփոփում

Ընդհանուր առմամբ միահիմն թույլ թթվի՝ $HA$ ‍-ի և իր զուգորդված հիմքի՝ $A^{-}$ ‍-ի միջև գոյություն ունեցող հավասարակշռությանը համապատախան արտահայտությունն ունի հետևյալ տեսքը․

$K_{թ} = \frac{[H_{3} O^{+}] [A^{-}]}{[HA]}$ ‍

Թթվի դիսոցման հաստատունը՝ $K_{թ}$ ‍-ն, քանակապես արտահայտում է թույլ թթվի դիսոցման չափը։ Որքան մեծ է $K_{թ}$ ‍-ի արժեքը, այնքան ուժեղ է թթուն, և հակառակը։
Ընդհանուր առմամբ թույլ հիմքի՝ $B$ ‍-ի և իր զուգորդված թթվի՝ ${BH}^{+}$ ‍-ի միջև գոյություն ունեցող հավասարակշռությանը համապատասխան արտահայտությունն ունի հետևյալ տեսքը․

$K_{հ} = \frac{[{BH}^{+}] [{OH}^{-}]}{[B]}$ ‍

Հիմքի դիսոցման հաստատունը (կամ հիմքի իոնացման հաստատունը)՝ $K_{հ}$ ‍-ը, քանակապես արտահայտում է թույլ հիմքի դիսոցման չափը։ Որքան մեծ է $K_{հ}$ ‍-ի արժեքը, այնքան ուժեղ է հիմքը, և հակառակը։

[Հղումներ և վերագրում]

Փորձիր ինքդ

Խնդիր 1. $K_{b}$ ‍-ի որոշումը՝ ելնելով $pH$ ‍-ի արժեքից

Պիրիդինի (

C_{5} H_{5} N

)

1, 50 Մ

լուծույթի

pH

-ը

9, 70

25^{\circ} C

-ում։ Որքա՞ն է պիրիդինի

K_{հ}

-ը։

[Հուշում 1]

[Հուշում 2]

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում:

10-րդ դասարան. քիմիա

Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. քիմիա) > Բաժին 5

Հիմնական դրույթներ

Ուժեղ և թույլ թթուներ ու հիմքեր

Նախավարժանք․ Թթվի ուժի և pH‍ -ի համեմատումը

Խնդիր 1. Միևնույն կոնցենտրացիայով թույլ և ուժեղ թթուների համեմատումը

Խնդիր 2. Տարբեր կոնցենտրացիաներով թույլ և ուժեղ թթուների համեմատումը

Թույլ թթուներն ու թթվի դիսոցման հաստատունը՝ թKթ‍

Տարածված թույլ թթուներ

Օրինակ 1. Թույլ թթվի դիսոցման աստիճանի հաշվումը

Քայլ 1. Գրենք թթվի դիսոցման ռեակցիայի հավասարեցված հավասարումը

Քայլ 2. Գրենք թKթ‍ -ի արտահայտությունը

Քայլ 3. Գտնենք [H+]‍ և [NO2−]‍ հավասարակշռության վիճակում

Քայլ 4. Հաշվենք դիսոցման աստիճանը

Թույլ հիմքեր և հKհ‍

Օրինակ 2. Թույլ հիմքի ջրային լուծույթի pH‍ -ի արժեքի հաշվումը

Քայլ 1. Գրենք հիմքի իոնացման ռեակցիայի հավասարեցված հավասարումը

Քայլ 2. Գրենք հKհ‍ -ի արտահայտությունը

Քայլ 3. Գտնենք [NH4+]‍ և [OH−]‍ հավասարակշռության վիճակում

Քայլ 4. Գտնենք pH‍ -ը [OH−]‍ -ից

Տարածված թույլ հիմքեր

Ամփոփում

Փորձիր ինքդ

Խնդիր 1. Kb‍ -ի որոշումը՝ ելնելով pH‍ -ի արժեքից

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Նախավարժանք․ Թթվի ուժի և $pH$ ‍-ի համեմատումը

Թույլ թթուներն ու թթվի դիսոցման հաստատունը՝ $K_{թ}$ ‍

Քայլ 2. Գրենք $K_{թ}$ ‍-ի արտահայտությունը

Քայլ 3. Գտնենք $[H^{+}]$ ‍ և $[{NO}_{2}^{-}]$ ‍ հավասարակշռության վիճակում

Թույլ հիմքեր և $K_{հ}$ ‍

Օրինակ 2. Թույլ հիմքի ջրային լուծույթի $pH$ ‍-ի արժեքի հաշվումը

Քայլ 2. Գրենք $K_{հ}$ ‍-ի արտահայտությունը

Քայլ 3. Գտնենք $[{NH}_{4}^{+}]$ ‍ և $[{OH}^{-}]$ ‍ հավասարակշռության վիճակում

Քայլ 4. Գտնենք $pH$ ‍-ը $[{OH}^{-}]$ ‍-ից

Խնդիր 1. $K_{b}$ ‍-ի որոշումը՝ ելնելով $pH$ ‍-ի արժեքից