Turşu-əsas tarazlıqları — Kimya

Bu dərsdə öyrənəcəksən

Güclü və zəif turşuların, əsasların və duzların məhlullarında pH-ı hesablamaq
Henderson–Hasselbax tənliyini çıxarmaq və buferin pH-ını hesablamaq
Titrləmə əyrisini şərh etmək və uyğun indikator seçmək

İnsan qanının pH-ı 7,35–7,45 arasında saxlanılır; 0,1 vahidlik kənaraçıxma belə ciddi xəstəlik əlamətidir. Qan bunu bufer sistemləri sayəsində bacarır. Dərmanların sorulması, torpağın münbitliyi, analitik laboratoriyada titrləmə — hamısı turşu-əsas tarazlıqlarının dilində yazılır.

Brönsted–Louri turşuları və suyun ion hasili

Brönsted–Louri nəzəriyyəsinə görə turşu proton (H⁺) verən, əsas isə proton qəbul edən hissəcikdir. Proton itirən turşu özünün qoşma əsasına çevrilir: CH₃COOH / CH₃COO⁻, NH₄⁺ / NH₃. Su həm turşu, həm əsas ola bilir və az miqdarda özü-özünü ionlaşdırır: H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻.

K_w = [H⁺] · [OH⁻] = 1,0·10⁻¹⁴ (25 °C) pH = −lg[H⁺] pH + pOH = 14

burada:

K_wsuyun ion hasili (temperaturdan asılıdır)
[H⁺], [OH⁻]ionların molyar qatılıqları, mol/l

Zəif turşular və əsaslar: Ka və Kb

Zəif turşu HA ⇌ H⁺ + A⁻ tarazlığındadır, Ka = [H⁺][A⁻] / [HA]. Başlanğıc qatılıq C, [H⁺] = x olsun: Ka = x² / (C − x). x ≪ C olduqda (dissosiasiya 5%-dən az) C − x ≈ C, onda x ≈ √(Ka · C). Qoşma cüt üçün Ka və Kb ifadələrini vursaq, [HA] və [A⁻] ixtisar olunur: Ka · Kb = K_w. Deməli, turşu nə qədər güclüdürsə, onun qoşma əsası bir o qədər zəifdir.

[H⁺] ≈ √(Ka · C) pH ≈ ½ · (pKa − lg C) α ≈ √(Ka / C) Ka · Kb = K_w[H⁺] ≈ √(Ka · C) pH ≈ ½ · (pKa − lg C) α ≈ √(Ka / C) Ka · Kb = K_w

burada:

Ka, Kbturşunun və əsasın dissosiasiya sabitləri; pKa = −lg Ka
Cturşunun başlanğıc qatılığı, mol/l
αdissosiasiya dərəcəsi (Ostvaldın durulaşdırma qanunu)

α < 5% olduqda doğrudur; əsaslar üçün eyni düsturlar Kb və [OH⁻] ilə yazılır

Turşu	Ka (25 °C)	pKa
HF	6,8·10⁻⁴	3,17
CH₃COOH	1,8·10⁻⁵	4,74
H₂CO₃ (1-ci pillə)	4,3·10⁻⁷	6,37
NH₄⁺	5,6·10⁻¹⁰	9,25

Nümunə məsələ 1

0,10 mol/l sirkə turşusu məhlulunun pH-ını və dissosiasiya dərəcəsini tap. Ka = 1,8·10⁻⁵.

Həllini göstər

[H⁺] ≈ √(1,8·10⁻⁵ · 0,10) = √(1,8·10⁻⁶) = 1,34·10⁻³ mol/l.
pH = −lg(1,34·10⁻³) ≈ 2,87.
α = 1,34·10⁻³ / 0,10 = 0,0134 = 1,3% < 5% — yaxınlaşma doğrudur (kvadrat tənlik 2,88 verir).

Nümunə məsələ 2 (duzun hidrolizi)

0,10 mol/l CH₃COONa məhlulunun pH-ı nə qədərdir?

Həllini göstər

CH₃COO⁻ zəif əsasdır: CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻.
Kb = K_w / Ka = 1,0·10⁻¹⁴ / 1,8·10⁻⁵ = 5,56·10⁻¹⁰.
[OH⁻] ≈ √(5,56·10⁻¹⁰ · 0,10) = 7,45·10⁻⁶ → pOH = 5,13 → pH = 14 − 5,13 = 8,87.
Zəif turşu ilə güclü əsasın duzu məhlula qələvi mühit verir.

Buferlər və Henderson–Hasselbax tənliyi

Bufer zəif turşu ilə onun qoşma əsasının (və ya zəif əsasla onun qoşma turşusunun) qarışığıdır. Əlavə olunan H⁺-i A⁻, OH⁻-i isə HA «udur», ona görə pH az dəyişir. Çıxarılış: Ka = [H⁺][A⁻] / [HA] → [H⁺] = Ka · [HA] / [A⁻] → hər iki tərəfdən −lg alsaq:

pH = pKa + lg([A⁻] / [HA])pH = pKa + lg([A⁻] / [HA])

burada:

[A⁻]qoşma əsasın (duzun) qatılığı
[HA]zəif turşunun qatılığı

Henderson–Hasselbax tənliyi; bufer pH ≈ pKa ± 1 intervalında ən yaxşı işləyir

Nümunə məsələ 3

1 l buferdə 0,10 mol CH₃COOH və 0,10 mol CH₃COONa var. Onun pH-ı nədir? 0,010 mol HCl əlavə etdikdən sonra pH necə olar? Müqayisə üçün: həmin HCl 1 l təmiz suya əlavə edilsə?

Həllini göstər

Başlanğıcda: pH = 4,74 + lg(0,10 / 0,10) = 4,74.
HCl: CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH → A⁻ = 0,09 mol, HA = 0,11 mol.
pH = 4,74 + lg(0,09 / 0,11) = 4,74 − 0,09 ≈ 4,65 — cəmi 0,09 vahid.
Təmiz suda: [H⁺] = 0,010 → pH 7-dən 2-yə düşərdi — 5 vahid!

Nümunə məsələ 4 (buferin hazırlanması)

Tərkibində 0,10 mol CH₃COOH olan 1 l məhlula neçə qram CH₃COONa (M = 82 q/mol) əlavə etmək lazımdır ki, pH = 5,00 olsun?

Həllini göstər

Henderson–Hasselbax tənliyindən: lg([A⁻] / [HA]) = pH − pKa = 5,00 − 4,74 = 0,26 → [A⁻] / [HA] = 10⁰·²⁶ ≈ 1,82.
n(CH₃COONa) = 1,82 · 0,10 = 0,182 mol → m = 0,182 · 82 ≈ 14,9 q.

İnteraktiv

Simulyasiya yüklənir…

Qanın pH-ı ≈ 7,4. Qanda əsas bufer CO₂ / HCO₃⁻ sistemidir: plazmada onun effektiv pKa-sı 6,1-dir, ona görə pH 7,4 üçün [HCO₃⁻] : [CO₂] ≈ 10¹·³ ≈ 20 : 1 olmalıdır.

Titrləmə əyriləri

Güclü turşunu güclü əsasla titrlədikdə ekvivalentlik nöqtəsində pH = 7-dir və onun ətrafında pH kəskin sıçrayır (təqribən 4-dən 10-a). Zəif turşu titrlənəndə əyri yuxarıdan başlayır, sonra geniş bufer oblastı gəlir: turşunun yarısı neytrallaşanda pH = pKa — bu, pKa-nı təcrübədə tapmağın ən sadə yoludur. Ekvivalentlik nöqtəsində isə məhlulda yalnız A⁻ qalır, ona görə pH > 7 olur və indikator olaraq fenolftalein (8,2–10) seçilir, metiloranj (3,1–4,4) yox.

İnteraktiv

Simulyasiya yüklənir…

Zəif turşunun titrlənməsinin bufer oblastı: x — neytrallaşmış turşunun payı (0–1), a — pKa. x = 0,5-də pH = pKa və əyri ən yastıdır (ən yaxşı buferləmə); kənarlarda pH sürətlə dəyişir.

Nümunə məsələ 5

25,0 ml 0,10 mol/l CH₃COOH 0,10 mol/l NaOH ilə titrlənir. Ekvivalentlik nöqtəsində pH-ı hesabla.

Həllini göstər

Ekvivalentliyə 25,0 ml NaOH lazımdır; həcm 50,0 ml olur.
[CH₃COO⁻] = 0,0025 mol / 0,0500 l = 0,050 mol/l (durulaşmanı unutma!).
[OH⁻] ≈ √(5,56·10⁻¹⁰ · 0,050) = 5,27·10⁻⁶ → pOH = 5,28 → pH ≈ 8,72.
Bu, fenolftaleinin keçid intervalına düşür.

Əsas fikirlər

K_w = 1,0·10⁻¹⁴ (25 °C), pH + pOH = 14; Ka · Kb = K_w.
Zəif turşu: [H⁺] ≈ √(Ka·C), α < 5% olduqda.
Bufer: pH = pKa + lg([A⁻]/[HA]); ən yaxşı pKa ± 1 intervalında işləyir.
Yarımneytrallaşmada pH = pKa; zəif turşu – güclü əsas titrlənməsində ekvivalentlik pH-ı > 7.
İndikatorun keçid intervalı ekvivalentlik nöqtəsinin pH-ını əhatə etməlidir.

Özünü yoxla

10 sual. Hər düzgün cavab XP qazandırır.

1 / 10

0,010 mol/l Ba(OH)₂ məhlulunun pH-ı nə qədərdir?