Сила кислоты и pKa
Константа кислотности и pKa
Сила кислоты — это положение равновесия её диссоциации в воде. Для сравнения используют одно число — \(pK_a\).
Как сравнить силу кислот
- Возьмите \(pK_a\) из таблицы.
- Меньше \(pK_a\) — сильнее кислота.
- Во сколько раз: \(K_{a1}/K_{a2} = 10^{\,pK_{a2} - pK_{a1}}\).
| Кислота | \(pK_a\) | Сопряжённое основание |
|---|---|---|
| \(\ce{HCl}\) | −7 | \(\ce{Cl-}\) |
| \(\ce{H3O+}\) | −1,7 | \(\ce{H2O}\) |
| \(\ce{CH3COOH}\) | 4,8 | \(\ce{CH3COO-}\) |
| \(\ce{NH4+}\) | 9,2 | \(\ce{NH3}\) |
| \(\ce{C6H5OH}\) | 10 | \(\ce{C6H5O-}\) |
| \(\ce{H2O}\) | 15,7 | \(\ce{HO-}\) |
| \(\ce{C2H5OH}\) | 16 | \(\ce{C2H5O-}\) |
| \(\ce{CH3COCH3}\) | 19 | енолят-ион |
| \(\ce{HC#CH}\) | 25 | \(\ce{HC#C-}\) |
| \(\ce{H2}\) | 35 | \(\ce{H-}\) |
| \(\ce{NH3}\) | 38 | \(\ce{NH2-}\) |
| \(\ce{CH2=CH2}\) | 44 | \(\ce{CH2=CH-}\) |
| \(\ce{CH4}\) | 50 | \(\ce{CH3-}\) |
Примеры
1. Из \(K_a\) в \(pK_a\). \(K_a\) уксусной кислоты \(1{,}8 \cdot 10^{-5}\): \(pK_a = -\lg(1{,}8 \cdot 10^{-5}) = 4{,}74\).
2. Из \(pK_a\) в \(K_a\). Ион аммония: \(K_a = 10^{-9{,}2} = 6{,}3 \cdot 10^{-10}\).
3. Во сколько раз. Уксусная кислота сильнее фенола в \(10^{10 - 4{,}8} = 10^{5{,}2} \approx 1{,}6 \cdot 10^5\) раз.
4. Сильная и слабая. HCl (\(-7\)) сильнее уксусной кислоты на 11,8 порядка.
errorМеньше pKa — сильнее кислота
Шкала обратная: \(pK_a = -1\) — очень сильная кислота, \(pK_a = 50\) — практически не кислота. А разница в 3 единицы — это в тысячу раз, а не в три.
edit_noteПопробуйте сами
\(pK_a\) фенола 10, этанола 16. Во сколько раз фенол сильнее?
expand_moreПоказать решение
\(10^{16 - 10} = 10^6\) — в миллион раз.
Сила сопряжённого основания
Кислота и её сопряжённое основание связаны: чем охотнее кислота отдаёт протон, тем хуже её основание его забирает.
Как сравнить основания
- Найдите сопряжённую кислоту каждого основания.
- Чем слабее эта кислота (чем больше её \(pK_a\)), тем сильнее основание.
- Силу нейтральных оснований (аминов) выражают через \(pK_a\) их сопряжённых кислот — ионов аммония: больше — сильнее основание.
Примеры
1. Гидроксид и ацетат. Вода (15,7) — слабая кислота, уксусная (4,8) — сильнее: гидроксид-ион — сильное основание, ацетат-ион — слабое.
2. Амид-ион и гидроксид. Аммиак (38) слабее воды — \(\ce{NH2-}\) сильнее \(\ce{HO-}\).
3. Самое сильное основание таблицы. Метил-анион \(\ce{CH3-}\): метан — самая слабая кислота (50).
4. Хлорид-ион. HCl — очень сильная кислота (\(-7\)), поэтому \(\ce{Cl-}\) практически не основание.
5. Метиламин и аммиак. \(pK_a\) ионов: \(\ce{CH3NH3+}\) 10,6, \(\ce{NH4+}\) 9,2. Метиламин — основание сильнее аммиака.
error«pKa основания» — это pKa его сопряжённой кислоты
Когда пишут «\(pK_a\) пиридина 5,2», имеют в виду ион пиридиния. У самого пиридина как кислоты \(pK_a\) больше 40.
edit_noteПопробуйте сами
Какое основание сильнее: ацетиленид-ион \(\ce{HC#C-}\) или этоксид-ион \(\ce{C2H5O-}\)?
expand_moreПоказать решение
Ацетиленид: его сопряжённая кислота ацетилен (\(pK_a\) 25) слабее этанола (16).
push_pinГлавное
\(pK_a = -\lg K_a\): чем меньше \(pK_a\), тем сильнее кислота; разница в единицу — в 10 раз по \(K_a\). Чем сильнее кислота, тем слабее её сопряжённое основание. Силу нейтральных оснований выражают через \(pK_a\) сопряжённой кислоты: чем он больше, тем сильнее основание. Ориентиры: карбоновые кислоты ≈ 5, фенолы ≈ 10, вода и спирты ≈ 16, кетоны ≈ 20, алкины 25, аммиак 38, алканы ≈ 50.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.