ثابت تفکیک اسیدی و بازی

ثابت تفکیک اسیدی و بازی

برای اسیدها واکنش دادن به مولکولهای حلال واکنش تفکیک اسیدی و برای بازها واکنش گرفتن از مولکولهای حلال واکنش تفکیک بازی یا حلالکافت نامیده می شود. این واکنشها و ثابت تعادل های آنها به صورت در ادامه آمده تعريف مي شوند. برای واکنش تفکیک اسیدی و ثابت تعادل مربوطه در حالت کلی داریم:

مربوط به را با نيز نمايش مي دهند که افزایش مقدار آن بیانگر افزایش قدرت اسیدی و افزایش مقدار تفکیک اسید است. در اینجا، اگر حلال آب باشد، خواهیم داشت:

برای واکنش تفکیک بازی و ثابت تعادل مربوطه در حالت کلی داریم:

مربوط به را با نيز نمايش مي دهند که افزایش مقدار آن بیانگر افزایش قدرت بازی و افزایش مقدار تفکیک باز است. در اینجا، اگر حلال آب باشد، واکنش تفکیک بازی ممکن است واکنش هیدرولیز بازی نیز نامیده شود و خواهیم داشت:

دقت داشته باشید که واکنش تفکیک اسیدی اسید مزدوج و واکنش تفکیک بازی باز مزدوج گرچه یکی اسید مزدوج مصرف و باز مزدوج تولید می کند و دیگری برعکس، دقیقا معکوس یکدیگر نیستند و یکی با (گونه اسید قوی حلال) و دیگری با (گونه باز قوی حلال) سروکار دارد.

ثابت تعادل های تفکیک اسیدی و بازی اسید و باز مزدوج مستقل از هم نیستند و با هم رابطه دارند. تركيب روابط و مي تواند اين مطلب را نمايش دهد:

بنابراین حاصلضرب ثابت تعادل تفکیک اسیدی اسید مزدوج و ثابت تعادل تفکیک بازی باز مزدوج مستقل از جنس اسید یا باز برابر ثابت اتوپروتولیز حلال است. در واقع مجموع واکنش تفکیک اسیدی اسید مزدوج و واکنش تفکیک بازی باز مزدوج، واکنش اتوپروتولیز حلال را نتیجه می دهد و از این رو حاصلضرب ثابت تعادل های آنها برابر ثابت اتوپروتولیز حلال است. همانطور که قبلا هم گفتیم، برای حلال آب در ، یا همان برابر است و باتوجه به مطالب قبلی بخاطر سپردن این عدد در بدست آوردن باز مزدوج از روی اسید مزدوج یا بالعکس برای محلولهای آبی در که متداولترند، می تواند مفید واقع شود.

مقدار ثابت تعادلهای اسیدی و بازی تابعی از جنس اسید یا باز، جنس حلال و دما است. جدول بعدی مقادیر ثابت تفکیک اسیدی را برای چند اسید مختلف در حلال آب در دمای گزارش کرده است.

اسید	اسید	اسید

تمرین: با توجه به جدول قبلی از راست به چپ در و افزایش می یابد. چگونه توجیه می کنید؟

*****

تمرین: با توجه به جدول قبلی، تحت شرایط یکسان از نظر غلظت، مقدار پیشرفت واکنش تفکیک اسیدی کدامیک از اسیدهای زیر بیشتر خواهد بود؟

*****

تمرین: اسید فرمیک () با را درنظر بگیرید:

الف) برای این اسید، واکنش تفکیک اسیدی و رابطه و مقدار ثابت تعادل مربوطه را بنویسید.

ب) برای باز مزدوج این اسید، واکنش تفکیک بازی و رابطه و مقدار ثابت تعادل مربوطه را بنویسید.

*****

با توجه به مقدار ثابت تعادل، اسيدها و بازها در حلال به دو دسته ي قوي و ضعيف طبقه بندي مي شوند. اسيدها و بازهاي قوي، اسيدها و بازهايي هستند كه در حلال به طور كامل تفكيك مي شوند يا به عبارتي درصد تفكيك آنها است یا بعبارتی ثابت تعادل واکنش تفکیک اسیدی یا بازی آنها بحدی بزرگ است که تفکیک اسیدی یا بازی آنها کمی یا تقریبا کامل فرض می شود. اسيدها و بازهاي ضعيف اسيدها و بازهايي هستند كه برای تفكيك آنها مقدار ثابت تعادل بحدی بزرگ نیست که تفکیک اسیدی یا بازی آنها کمی یا تقریبا کامل فرض شود. به عنوان مثال در حلال آب داريم:

دقت داشته باشید که وقتی بعنوان مثال مي گوييم در آب يك اسيدقوي است بدين معني است كه ( اگرچه بطور تقریبی) در آب به طور كامل يا به و تفكيك مي شود و گونه در آب وجود ندارد! همچنين اين بدان معنا خواهد بود كه در آب فاقد هرگونه خصلت بازي است و هيدروليز بازي يا گرفتن توسط به عنوان باز مزدوج اسيد قوي در آب که منجر به تولید می شود، فاقد معني است.

زمانيكه مي گوييم در آب يك باز قوي است بدين معني است كه ( اگرچه بطور تقریبی) در آب بطور كامل يا به و تفكيك مي شود و گونه در آب وجود ندارد! همچنين اين بدان معنا خواهد بود كه به عنوان اسيد مزدوج باز قوي در آب فاقد هرگونه خصلت اسيدي است و تفكيك اسيدي آن يا گرفتن توسط آن بعنوان اسید مزدوج باز قوی در آب که منجر به تولید می شود، فاقد معني است.

در حالیکه وقتی بعنوان مثال مي گوييم در آب يك اسيد ضعیف است بدين معني است كه در آب به طور كامل يا به و تفكيك نمي شود و گونه در آب به صورت دست نخورده (تفکیک نشده) می تواند وجود داشته باشد! همچنين اين بدان معنا خواهد بود كه در آب دارای خصلت بازي است و هيدروليز بازي يا گرفتن توسط به عنوان باز مزدوج اسيد ضعیف در آب که منجر به تولید می شود،دارای معني است. بعبارتی دیگر واکنش تفکیک اسیدی با یک ثابت تعادل کوچک (و نه خیلی بزرگ) رخ می دهد. مثلا داریم:

از طرفی وقتی مي گوييم در آب يك باز ضعیف است بدين معني است كهدر آب بطور كامل يا به و تفكيك نمي شود و گونه در آب به صورت دست نخورده (تفکیک نشده) می تواند وجود داشته باشد! همچنين اين بدان معنا خواهد بود كه به عنوان اسيد مزدوج باز ضعیف در آب دارای خصلت اسيدي است و تفكيك اسيدي آن در آب که منجر به تولید می شود دارای معني است. بعبارتی دیگر واکنش تفکیک بازی با یک ثابت تعادل کوچک (و نه خیلی بزرگ) رخ می دهد. مثلا داریم:

همانطور که می بینیم، باز مزدوج يك اسيد ضعيف يك باز ضعيف است و اسيد مزدوج يك باز ضعيف، يك اسيد ضعيف است. بعبارتی اگر تفکیک اسیدی یک اسید در یک حلال تعادلی باشد، حلالکافت یا تفکیک بازی باز مزدوج آن اسید نیز در آن حلال تعادلی خواهد بود. دقت داشته باشید که ضعیف در اینجا اشاره به تعادلی بودن (غیر کامل بودن) دارد.

هرچه يك اسيد ضعيف در يك حلال ثابت تعادل تفكيك اسيدي بزرگتري داشته باشد، در آن حلال بيشتر تفكيك خواهد شد و بيشتر توليد خواهد كرد و بنابراين اسيد ضعيف قويتري خواهد بود. همچنين هر چه اسيد ضعيف قوي تر شود، باز مزدوج آن داراي خصلت بازي كمتري خواهد بود يا باز ضعيف ضعيف تري خواهد بود و بالعكس. رابطه و مي تواند اين مطلب را نمايش دهد. با توجه به اینکه حاصلضرب ثابت تعادل تفکیک اسیدی اسید مزدوج و ثابت تعادل تفکیک بازی باز مزدوج مستقل از جنس اسید یا باز برابر ثابت اتوپروتولیز حلال است و ثابت است، اگر افزايش يابد، كاهش مي يابد و بالعكس، يعني قدرت اسيدي و قدرت بازي به عنوان اسيد و باز مزدوج برخلاف هم عمل مي كنند و ثابت تعادل ها نيز با اين مطلب سازگارند. به عنوان مثال داريم :

تمرین: بازهای مزدوج اسیدهای زیر را بدست آورید و به ترتیب قدرت بازی آنها را از چپ (قویترین) به راست (ضعیفترین) بنویسید.

*****

اسيدها و بازها مي توانند تك ظرفيتي (تک پروتونی یا ) يا چندظرفيتي (چندپروتونی یا ) باشند. يك اسيد با ظرفيت توانايي توليد حداکثر پروتون و يك باز با ظرفيت توانايي گرفتن حداکثر تا را دارد. بعنوان مثال اسید کربنیک () که می تواند حداکثر دو پروتون بدهد، یک اسید دو ظرفیتی و یون فسفات () که می تواند حداکثر سه پروتون بگیرد، یک باز سه ظرفیتی محسوب می شود. به تعداد ظرفیت یک اسید یا باز می توان ثابت تعادل تفکیک اسیدی یا تفکیک بازی (حلالکافت) در نظر گرفت که می توانند با شماره از هم متمایز شوند. همچنان برای هر اسید و باز مزدوج، حاصلضرب ثابت تعادل تفکیک اسیدی و ثابت تعادل تفکیک بازی (حلالکافت) برابر ثابت تعادل اتوپروتولیز حلال خواهد بود. به عنوان مثال در حلال آب داريم :

همانطور که در مثالهای بالا هم می توان دید، ترتیب شماره واکنشهای تفکیک اسیدی و ها از اسید به باز است، در حالیکه ترتیب شماره واکنشهای تفکیک بازی و ها از باز به اسید است. همچنین در حالت كلي براي اسيد و باز ظرفيتي داريم :

براي اسيدهاي چند ظرفيتي با جدا شدن ، بار منفي مولکول افزايش مي يابد و معمولا تمايل آن به از دست دادن كاهش مي يابد، به همين علت ثابت تعادل اسيدي كاهش مي يابد. يعني معمولا داريم:

به طور مشابه براي بازهاي چند ظرفيتي داريم:

به عنوان مثال براي اسيد فسفريك و مشتقاتش داريم :

البته گاهی اوقات که هیدروژنهای اسیدی مربوط به موقعیتهای مختلف دور از هم در یک مولکول هستند، بعلت کاهش اثر کنده شدن یک هیدروژن بر مقدار تفکیک هیدروژن دیگر ممکن است مقادیر ثابت تفکیک ها اختلاف قابل توجهی نداشته باشند.

تمرین: برای اسید آرسنیک () داریم: