Hapot ja emäkset Happo-emästeoriat Protolyysivakiot
Neutraloituminen Hydrolyysi Puskuriliuokset

Protolyysivakiot

Merkinnät HA on Brønsted-happo.
A on haposta jäljelle jäävä anioni (edellisen konjugaattiemäs).
B on on Brønsted-emäs.
BH+ on protonoitunut emäs (edellisen konjugaattihappo).

Happo- ja emäsvakio, Ka ja Kb

Veden ionitulo Kw

pH ja pOH


Tehtävät

  1. Mitä ioneja ja molekyylejä on seuraavissa laimeissa vesiliuoksissa vesimolekyylien lisäksi. Mikä ioni- tai molekyylilaji on vallitseva, kun vesimolekyylejä ei oteta huomioon?
    a) HNO3 b) CH3COOH? Etikkahappo on heikko happo.

  2. a) Miksi vahvan hapon tai vahvan emäksen protolyysivakioilla ei ole merkitystä vedessä tapahtuvaa protolyysiä tarkasteltaessa? b) Jos kaksi happoa protolysoituu täydellisesti vesiliuoksessa, ovatko hapot yhtä vahvoja?

  3. Mikä on pH HCl-liuoksissa, joiden konsentraatio 1,0, 0,1, 0,01 mol/l? Miten pH-luku muuttuu, kun oksoniumionien konsentraatio pienenee 10:s osaan, 100:s osaan tai 1000:s osaan?

  4. Mikä on pH CH3COOH-liuoksissa, joiden konsentraatio 1,0, 0,1, 0,01 mol/l? Ka = 1,8 · 10–5 mol/l

  5. Kuinka suuri on a) 0,01 M ja 0,001 NaOH-liuoksen b) 0,01 M ja 0,001 M NH3-liuoksen pH? Ammoniakin Kb = 1,8 · 10 –5 mol/l.

  6. Tutki laskelmien avulla muurahaishapon HCOOH 0,1 M vesiliuoksen protolyysiä. Laske eri ionilajien konsentraatiot, pH, pOH sekä muurahaishapon protolysoitumisaste. Muurahaishappo on heikko happo, jonka pKa = 3,8.

Vastaukset

  1. a) Typpihappo on vahva happo, joten se protolysoituu täydellisesti. Liuoksessa nitraatti-ioneja ja saman verran oksoniumioneja. Typpihappomolekyylejä ei ole mukana. (Veden autoprotolyysin tuotteena liuoksessa on häviävän vähän hydroksidi-ioneja.) b) Etikkahappo on heikko happo, joten liuoksessa on eniten etikkahappomolekyylejä ja hieman asetaatti-ioneja sekä saman verran oksoniumioneja.

  2. a) Vahva happo ja vahva emäs protolysoituvat täydellisesti. Tällöin protolysoitumattoman hapon ja emäksen konsentraatiot [HA] ja [B] lähestyvät arvoa 0, joka tulisi vakion lausekkeessa nimittäjään. vakion arvo kasvaa siten hyvin suureksi eikä vakion käyttö ole mielekästä. b) Vesiliuoksessa täysin protolysoituvat hapot eivät välttämättä ole yhtä vahvoja. On mahdollista, että ne eivät protolysoidu täydellisesti jossakin toisessa liuottimessa (eli kun ne reagoivat jonkin muun emäksen kuin veden kanssa).

  3. Vahva happo HCl protolysoituu täydellisesti.
    c mol/l 1,0 0,1 0,01
    [H3O+] 1,0 0,1 0,01
    pH = –log [H3O+] 0 1 2
    Koska pH-asteikko pohjautuu kymmenjärjestelmän logaritmeihin (siis eksponentteihin), muutokset ovat 1, 2 ja 3 yksikköä.

  4. Laskussa oletetaan, että aluksi molempien protolyysissä syntyvien ionien konsentraatio on 0. Veden autoprotolyysiä ei oteta huomioon. koska siinä syntyy yhtä monta oksonium- ja hydroksidi-ionia ja koska niiden konsentraatio on hyvin pieni.
    CH3COOH + H2O kaksoisnuoli CH3COO + H3O+
    c alussa: 1,0 0 0 mol/l
    muutos: x + x +x mol/l
    c tasap.: 1,0 – x x x mol/l
    Ka = [CH3COO ] [H3O+] :[CH3COOH ] = x2 : (1,0 – x) = 1,8 · 10 –5 = 10–4,74
    Koska x on pieni verrattuna 1,0 :aan, oletetaan, että 1,0 – x = 1,0 ja siis x2 = 10–4,74 .
    x = 4,2 · 10 –3mol/l ja pH = –log x = 2,4
    Muita konsentraatioarvoja vastaavia pH-lukuja laskettaessa menetellään kuten edellä. Tulokset ovat 0,1 mol/l , pH =2,9 ja 0,01 mol/l, pH = 3,4

  5. a) NaOH on vahva emäs (oik. veteen hyvin liukeneva ioniyhdiste, joka hajoaa täydellisesti ioneiksi). Hydroksidi-ionien konsentraatio on siten sama kuin NaOH-konsentraatio.
    [NaOH] = [OH] = 0,01 M pOH = –log [OH] = –log 0,01 = 2,0
    pOH + pH = 14,0 pH = 14,0 – 2,0 = 12
    [NaOH] = [OH] = 0,001 M pOH = –log [OH] = –log 0,001 = 3, pH = 11

    b) Ammoniakki on heikko emäs, jonka protolyysireaktio on:
    NH3 + H2O kaksoisnuoli NH4+ + OH
    c alussa: 0,01 0 0 mol/l
    muutos: x + x +x mol/l
    c tasap.: 0,01 – x x x mol/l
    Kb = [NH4+ ][OH] : [NH3] = x2 : (0,01 – x) = 1,8 · 10 –5 = 10–4,74
    Koska x on hyvin pieni, oletetaan, että 0,01 – x = 0,01 ja x2 = 0,01 · 10–4,74 = 10–6,74 .
    x = 10–3,37 , pOH = 3,37 ja pH = 14,00 – 3,37 = 10,63, n. 10,6
    Vastaavasti laskien saadaan, että 0,001 M NH3 -liuoksen pH on 10,1

  6. Muurahaishapon protolyysireaktio vedessä on:
    HCOOH + H2O kaksoisnuoli H3O+ + HCOO pKa = 3,8
    c alussa
    muutos
    tasapainossa
    0,1
    x
    0,1 – x
    0
    +x
    x
    0
    +x
    x
    mol/l
    mol/l
    mol/l
    Happovakion lausekkeeseen sijoitetaan tasapainokonsentraatiot (mol/l voidaan jättää laskemisen aikana pois).
    lauseke = 10–3,8 mol/l
    x2 : (0,1 – x) = 10–3,8 Sievennetään ja ratkaistaan 2.asteen yhtälö.
    x2 + 10–3,8 – 10–4,8 = 0 x: lle saadaan kaksi arvoa, joista toinen on negatiivinen eikä siis kelpaa.
    x = 0,0039
    [HCOOH] 0,1 mol/l – 0,0039 mol/l = 0,096 mol/l
    [HCOO] 0,0039 mol/l
    [H3O+] 0,0039 mol/l
    protolysoitumisaste 100 · 0,0039 : 0,1 % = 3,9 %
    pH -log 0,0039 = 2,4
    pOH 14,0 – 2,4 = 11,6
    [OH] 10–11,6mol/l = 2,5 · 10–12 mol/l
    Hydroksidi-ionien konsentraatio on niin pieni, ettei sillä ole merkitystä. Protolysoitumisaste on pieni, joten suurin osa muurahaishaposta ( 96,1 %) on liuoksessa kokonaisina molekyyleinä.

Sivun alkuun