Lær om svake syrer og baser og hvordan du beregner pH for disse.
Svake syrer protolyserer delvis i vann:
hvor:
- Ka = syrekonstanten (likevektskonstant for protolyse)
- HA = svak syre
- A⁻ = konjugert base
- Stor Ka (>10⁻²) → Sterk syre → Høy protolysering
- Liten Ka (<10⁻⁶) → Svak syre → Lav protolysering
Eksempel:
- CH₃COOH: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ (svak syre)
- HF: Ka = 7,2 × 10⁻⁴ (svakere enn sterke, men sterkere enn CH₃COOH)
- H₂CO₃: Ka = 4,3 × 10⁻⁷ (svakere enn CH₃COOH)
Skriv Ka-uttrykket for følgende svake syrer:
a) HF
b) H₂CO₃ (første proton)
a) HF (fluorhydrogensyre):
b) H₂CO₃ (karbonsyre):
Skriv Ka-uttrykk for følgende svake syrer:
CH₃COOH (eddiksyre)
H₃PO₄ (fosforsyre, første proton)
På samme måte som pH, brukes pKa for å forenkle Ka-verdier:
- Stor Ka → Liten pKa → Sterkere syre
- Liten Ka → Stor pKa → Svakere syre
Eksempel:
- HF: Ka = 7,2 × 10⁻⁴ → pKa = 3,14 (sterkere)
- CH₃COOH: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ → pKa = 4,74
- H₂CO₃: Ka = 4,3 × 10⁻⁷ → pKa = 6,37 (svakere)
Huskeregel: Lavt pKa-tall = sterk syre
Eddiksyre har Ka = 1,8 × 10⁻⁵. Beregn pKa.
Svar: pKa = 4,74
Beregn pKa for følgende syrer:
HF: Ka = 7,2 × 10⁻⁴
H₂CO₃: Ka = 4,3 × 10⁻⁷
H₂S: Ka = 1,0 × 10⁻⁷
For svake syrer bruker vi en forenklet formel:
hvor c = konsentrasjonen av syren.
Alternativt:
deretter: pH = −log[H₃O⁺]
Formelen gjelder når:
1. Svak syre (Ka < 10⁻²)
2. Konsentrasjon c > 100 × Ka
Eksempel:
- 0,10 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵):
Beregn pH for 0,10 M eddiksyre (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).
Metode 1: Bruk formelen med [H₃O⁺]:
Metode 2: Bruk formelen med pKa:
Svar: pH = 2,87
Beregn pH for følgende svake syrer:
0,10 M HF (Ka = 7,2 × 10⁻⁴)
0,050 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵)
Svake baser protolyserer delvis i vann:
hvor:
- Kb = basekonstanten
- B = svak base
- BH⁺ = konjugert syre
For et konjugert syre-base-par:
Eksempel:
- NH₃: Kb = 1,8 × 10⁻⁵
- NH₄⁺ (konjugert syre): Ka = Kw / Kb = 5,6 × 10⁻¹⁰
NH₃ har Kb = 1,8 × 10⁻⁵. Beregn Ka for NH₄⁺.
Svar: Ka(NH₄⁺) = 5,6 × 10⁻¹⁰
Beregn den manglende konstanten:
CH₃COO⁻ har Kb = 5,6 × 10⁻¹⁰. Finn Ka for CH₃COOH.
HCO₃⁻ har Ka = 4,7 × 10⁻¹¹. Finn Kb for HCO₃⁻.
For svake baser:
deretter:
1. pOH = −log[OH⁻]
2. pH = 14 − pOH
Eller direkte:
Eksempel:
- 0,10 M NH₃ (Kb = 1,8 × 10⁻⁵):
Beregn pH for 0,10 M ammoniakk (Kb = 1,8 × 10⁻⁵).
Svar: pH = 11,13
Beregn pH for følgende svake baser:
0,10 M NH₃ (Kb = 1,8 × 10⁻⁵)
0,050 M CH₃NH₂ (Kb = 4,4 × 10⁻⁴)
Protolysegraden (α) er andelen av syren/basen som har protolysert:
hvor c = startkonsentrasjonen av syren.
For 0,10 M eddiksyre: [H₃O⁺] = 1,34 × 10⁻³ M
Kun 1,34% av CH₃COOH-molekylene har protolysert!
- Stor Ka → Høy α → Mer protolyse
- Liten Ka → Lav α → Mindre protolyse
- Høy konsentrasjon → Lav α (Le Chateliers prinsipp)
Beregn protolysegraden for 0,10 M eddiksyre (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).
Først finner vi [H₃O⁺]:
Deretter protolysegraden:
Svar: α = 1,34% (kun 1,34% av eddiksyren har protolysert)
Beregn protolysegraden:
0,10 M HF (Ka = 7,2 × 10⁻⁴)
0,10 M NH₃ (Kb = 1,8 × 10⁻⁵)
Sammenligning av sterk vs svak syre:
Beregn pH for 0,10 M HCl.
Beregn pH for 0,10 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).
Hvor mange ganger høyere er [H₃O⁺] i HCl enn i CH₃COOH?
Konsentrasjonens innvirkning på protolysegraden:
Beregn protolysegraden for 0,10 M CH₃COOH.
Beregn protolysegraden for 0,010 M CH₃COOH.
Hvorfor øker protolysegraden når konsentrasjonen synker?
Salt av svake syrer/baser:
Beregn pH for 0,10 M NaCH₃COO (natriumacetat). Kb(CH₃COO⁻) = 5,6 × 10⁻¹⁰.
Beregn pH for 0,10 M NH₄Cl (ammoniumklorid). Ka(NH₄⁺) = 5,6 × 10⁻¹⁰.
Avsluttende spørsmål:
Forklar hvorfor svake syrer har lavere [H₃O⁺] enn sterke syrer ved samme konsentrasjon.
Hvorfor er Ka × Kb = Kw for konjugerte par?
Flerprotiske syrer:
H₃PO₄ har Ka1 = 7,5 × 10⁻³, Ka2 = 6,2 × 10⁻⁸, Ka3 = 4,8 × 10⁻¹³. Hvilken er sterkest?
Hvorfor er Ka1 > Ka2 > Ka3?
Sammenligning av pKa:
Ranger følgende syrer etter synkende syrestyrke: HF (pKa = 3,14), CH₃COOH (pKa = 4,74), H₂CO₃ (pKa = 6,37).
Hvilken har høyest pH ved samme konsentrasjon?
Karbondioksid i vann:
CO₂ løses i vann og danner H₂CO₃ (Ka = 4,3 × 10⁻⁷). Hvis [H₂CO₃] = 0,033 M, hva blir pH?
Hvorfor blir regn svakt surt (pH ≈ 5,6) selv uten forurensning?
Utfordringsoppgave - Likevektsberegninger:
For 0,10 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵), beregn [CH₃COOH], [CH₃COO⁻] og [H₃O⁺] ved likevekt.
Forklar hvorfor [CH₃COOH] nesten ikke endres ved protolyse.
Avansert oppgave - Temperaturavhengighet:
Ved 25°C er Kw = 1,0 × 10⁻¹⁴. Ved 37°C (kroppstemperatur) er Kw = 2,4 × 10⁻¹⁴. Hva blir pH i rent vann ved 37°C?
Er vann ved 37°C surt, basisk eller nøytralt?
Oppsummering:
Forklar forskjellen mellom Ka og pKa.
Hvordan beregner du pH for en svak syre?
Hvordan beregner du pH for en svak base?