Zákon o ředění podle Ostwalda
Zákon ředění podle Ostwalda , pojmenovaný podle Wilhelma Ostwalda , je zákon o acidobazických reakcích ve vodě, který naznačuje, že ředění zvyšuje disociaci kyseliny (respektive protonaci báze) .
Slabý kyselý případ
„Obvyklá“ ukázka
Slabá kyselina , uvedeno , reaguje s vodou v následujícím způsobem:
NAH{\ displaystyle AH}
NAH+H2Ó⇌NA-+H3Ó+{\ displaystyle AH + H_ {2} O \ rightleftharpoons A ^ {-} + H_ {3} O ^ {+}}.
Nastavili jsme a s tím, kde je disociační koeficient .
[NAH]0=vs.{\ displaystyle [AH] _ {0} = c}[H3Ó+]=[NA-]=X{\ displaystyle [H_ {3} O ^ {+}] = [A ^ {-}] = x}X=vs.×α{\ displaystyle x = c \ krát \ alpha}α{\ displaystyle \ alpha}
Pak máme konstanta kyselosti K A :
K.na=X2vs.-X=vs.α21-α{\ displaystyle K_ {a} = {\ frac {x ^ {2}} {cx}} = {\ frac {c \ alpha ^ {2}} {1- \ alpha}}}
Omezit
Tato demonstrace předpokládá, že koncentrace
[H3Ó+]{\ displaystyle [H_ {3} O ^ {+}]} a [NA-]{\ displaystyle [A ^ {-}]}
jsou stejné, což neplatí, jakmile se zředění zvýší, protože rozpouštědlo také poskytuje ionty, které je třeba vzít v úvahu, čím větší je zředění. Avšak ředění je přesně předmětem tohoto zákona.
H3Ó+{\ displaystyle H_ {3} O ^ {+}}
Léčba této situace při vysokém ředění vyžaduje vzít v úvahu, že pH má tendenci k 7, tedy tento poměr
[NA-][NAH]{\ displaystyle {\ frac {[A ^ {-}]} {[AH]}}} má sklony K.na10-7{\ displaystyle {\ frac {K_ {a}} {10 ^ {- 7}}}}
což je známá hodnota pro danou slabou kyselinu.
Tato hodnota je:
- velký před 1, když je malý před 7 ( například kyselina ethanová ), jehož hodnota je 4,8. V tomto případě zprávapK.na{\ displaystyle pK_ {a}}pK.na{\ displaystyle pK_ {a}}
[NA-][NAH]{\ displaystyle {\ frac {[A ^ {-}]} {[AH]}}}inklinuje k = .
10-4,810-7{\ displaystyle {\ frac {10 ^ {- 4,8}} {10 ^ {- 7}}}}102,2{\ displaystyle 10 ^ {2,2}}
Znamená to, že
[NA-]{\ displaystyle [A ^ {-}]} >> [NAH]{\ displaystyle [AH]}
a že kyselina je téměř úplně disociována.
- malé před 1, když velké před 7 ( například kyselina kyanovodíková (HCN)), jejíž hodnota je 9,3. V tomto případě zprávapK.na{\ displaystyle pK_ {a}}pK.na{\ displaystyle pK_ {a}}
[NA-][NAH]{\ displaystyle {\ frac {[A ^ {-}]} {[AH]}}}inklinuje k = .
10-9,310-7{\ displaystyle {\ frac {10 ^ {- 9.3}} {10 ^ {- 7}}}}10-2,3{\ displaystyle 10 ^ {- 2,3}}
Znamená to, že
[NA-]{\ displaystyle [A ^ {-}]} << [NAH]{\ displaystyle [AH]}
a že kyselina je stěží disociovaná.
Klasická chyba
Nezohlednění meze platnosti zákona vede k tomu, že do výrazu bude napsáno nesprávně
K.na=X2vs.-X=vs.α21-α{\ displaystyle K_ {a} = {\ frac {x ^ {2}} {cx}} = {\ frac {c \ alpha ^ {2}} {1- \ alpha}}}
- koncentrace c má sklon k 0 (velmi vysoké ředění),
- takže čitatel má tendenci k 0,
- a aby byl poměr konstantní (protože má hodnotu Ka), je nutné, aby jmenovatel měl také sklon k 0, což předpokládá, že má sklon k 1.α{\ displaystyle \ alpha}
Tato nesprávná demonstrace vede k nesprávnému závěru, že při vysokém ředění jsou všechny slabé kyseliny nekonečně disociované.
Prohlášení zohledňující jeho limit
Ostwaldův zákon o ředění by měl být stanoven následovně:
Čím více je slabá kyselina zředěna ve vodě, tím více se zvyšuje její disociace. Toto zvýšení je omezeno hodnotou zprávy
[NA-][NAH]=K.na10-7{\ displaystyle {\ frac {[A ^ {-}]}} [[AH]}} = {\ frac {K_ {a}} {10 ^ {- 7}}}}
Případ slabé základny
Slabá báze , uvedeno , reaguje s vodou a to následujícím způsobem:
B-{\ displaystyle B ^ {-}}
B-+H2Ó⇌BH+ÓH-{\ displaystyle B ^ {-} + H_ {2} O \ pravé levobočky BH + OH ^ {-}}.
Stanovili jsme , a s , kde je koeficient protonace .
[B-]0=vs.{\ displaystyle [B ^ {-}] _ {0} = c}[ÓH-]=[BH]=X{\ displaystyle [OH ^ {-}] = [BH] = x}X=vs.×β{\ displaystyle x = c \ krát \ beta}β{\ displaystyle \ beta}
Stejně jako dříve získáváme .
K.b=X2vs.-X=vs.β21-β{\ displaystyle K_ {b} = {\ frac {x ^ {2}} {cx}} = {\ frac {c \ beta ^ {2}} {1- \ beta}}}
Podobně má tendenci k 1 právě tehdy, když se zvyšuje nebo je konstantní, takže základna je o to více protonizovaná, jak je ředěna .
β{\ displaystyle \ beta}K.bvs.{\ displaystyle {\ tfrac {K_ {b}} {c}}}K.b{\ displaystyle K_ {b}}
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">