Kyseliny a zásady
Přihlásit se
Kyseliny a zásady (9/15) · 14:33

Vztah mezi pKa a pKb Jaký je vztah mezi pKa a pKb u konjugovaných kyselin a bází?

Navazuje na Chemické reakce a rovnováhy.
V minulém videu jsme se dozvěděli, že pokud… Když mám slabou kyselinu. Tak by to byl vodík plus zbytek nějaké dané molekuly. Nazveme ji A. Mám za to, že tohle je standardní označení pro zbytek té kyseliny. Mohou disociovat nebo jsou v rovnováze, protože je to slabá kyselina. Takže to může být v rovnováze, jelikož je to slabá kyselina, bude vytvářet nějaké vodíkové kationty. A zbytek molekuly si ponechá elektrony. Bude to plus, tohle je ve vodném roztoku. Napíšu to. Vodný roztok. Vodný roztok. Pak budete mít zbytek té použité kyseliny, A-, to také bude ve vodném roztoku. A to je obecné schéma. Viděli jsme případ, kdy A mohlo být NH3, že? Jeli A NH3, pak máte NH4+ a tohle bude amoniak. A tohle je NH3. 'A' může být molekula fluoru, pak toto bude fluorovodík nebo kyselina fluorovodíková. A toto může být záporný fluoridový ion. Nebo fluor s elektronem navíc. Mohlo by to být cokoliv. Můžete tam dosadit cokoliv, aby to fungovalo. Zejména pro slabé kyseliny. Dozvěděli jsme se, že když toto bude kyselina, pak tohle bude konjugovaná báze. Konjugovaná báze. Mohli bychom napsat stejnou reakci, jako reakci zásady. Řekněme, že začnu s A–, je ve vodném roztoku, a to je v rovnováze s… Tohle si může odebrat vodík z okolní vody a stát se neutrální. Pořád je to ve vodném roztoku. Jedna z molekul vody, ze které byl odtržen vodík, se přemění na molekulu hydroxidu. Pamatujte, kdykoli řeknu odtrhnout vodík, jde pouze o proton, nikoliv elektron toho vodíku. Elektron zůstane na molekule vody a pak má molekula záporný náboj. Je to ve vodném roztoku. Takže můžeme napsat stejnou reakci pro oba případy. Také můžeme napsat rovnovážnou konstantu pro obě tyhle reakce. Dejme se do toho. Jen mě nechte tohle smazat, můžu smazat tyhle věci a pak to volné místo využít. Rovnovážná reakce pro tuto první reakci. Nazvu to Ka, protože je to rovnovážná reakce kyseliny. Bude rovno svým produktům. Tedy koncentraci vodíku krát koncentraci vzniklé konjugované báze, děleno koncentrací výchozí kyseliny. Slabé kyseliny. Takže tohle bude koncentrace HA. Tak to by bylo. Mohl bych také napsat rovnovážnou konstantu pro tuhle reakci zásady. Napíšu ji sem dolů. Nazvu to Kb. Protože tohle je rovnováha zásady. Tohle je rovno koncentraci produktů. Začíná to být únavné pořád měnit barvy. Ale udělám to, je to přehlednější. Aspoň pro mě. HA krát koncentrace hydroxidových iontů děleno koncentrací slabé báze. A–. Pamatujte, tohle může platit pouze pro slabou bázi nebo kyselinu. Kdybych měl silnou kyselinu nebo silnou bázi, pak by tohle nebyla rovnovážná reakce. Probíhalo by to pouze v jednom směru. Pokud to běží jedním směrem, psát rovnovážnou reakci nebo rovnovážnou konstantu nedává smysl, protože to není v rovnováze. Běží to jen jedním směrem. Kdyby A byl chlor, toto by byla chlorovodíková kyselina, pak by to nešlo. Pokud máte mol tohohle, pak máte pouze mol vodíkových protonů v roztoku a k tomu nějaké chloridové anionty, které nic nedělají. Ačkoli jsou to konjugované báze, nezpůsobí vůbec nic. Takže tohle můžete udělat pouze pro slabé kyseliny a báze. Po tom co bylo řečeno, podívejme se, zda najdeme něco společného mezi Ka a Kb. Pojďme udělat… Co máme zde? Máme A- na obou stranách. Možná kdybychom… Máme H lomeno… OH lomeno A–. Když vydělíme… Řešme to pro A–. Pokud vynásobíme obě strany rovnice "HA lomeno H+" na levé straně získáme Ka, Ka krát převrácená hodnota tohoto. Takže máme HA lomeno H+, což je rovno koncentraci vaší konjugované báze. A-. Udělejme to samé i zde. Vyřešíme pro A–. K vyjádření A– budeme nejspíše potřebovat 2 kroky. Pokud vezmeme převrácené hodnoty obou stran, dostaneme 1 lomeno Kb se rovná A– lomeno HA, koncentrace naší konjugované kyseliny krát koncentrace hydroxidu. Tímto vynásobit obě strany. A dostanu A– se rovná koncentrace konjugované kyseliny krát koncentrace hydroxidu. Všechno to lomeno rovnovážnou konstantou zásady. Tohle jsou stejné reakce, že ano? S kteroukoli reakcí s danými koncentracemi skončím se stejnou koncentrací. Tohle se bude rovnat tomuhle. Tohle jsou 2 různé způsoby zápisu úplně stejné reakce. Dejme je do rovnosti. Jen to zkopíruji a vložím. Vlastně říkám, že tohle… Zkopíruji. Tohle je rovno tomuto tady. Tohle je rovno… Zkopíruji to a vložím. Je to rovno tomuhle. Pojďme se podívat, zda najdeme vztah mezi Ka a Kb Podívejme se, jestli… Jednu věc, kterou můžeme udělat, je vydělit obě strany tím HA. Takže pokud obě strany vydělíme HA. Vlastně jsem to mohl udělat dříve pro celý tento celek. No, mohl jsem to udělat dřív. Ignorujme tuhle část, tohle je rovno tomuhle. Jen smažu všechno tohle. Ach, používám špatný nástroj. Můžeme říci, že se oba rovnají koncentraci A–. Takže tohle je rovno tomuhle. Můžeme vydělit obě strany tím HA. Takže když vydělíme… Tohle se zkrátí s tímto. Pomalu se dostáváme k úhlednému vyjádření vztahu. Získáme Ka lomeno koncentrací vodíkových protonů je rovno koncentraci hydroxidu děleno Kb. Tohle můžete vynásobit do kříže. Takže získáme Ka, rovnovážnou konstantu kyseliny, krát Kb se rovná koncentraci vodíku krát koncentrace hydroxidu. Pamatuje, že vše se odehrává ve vodném roztoku. Co o tomhle víme? Co víme o tom, když vynásobíme koncentraci vodíku koncentrací hydroxidu ve vodném roztoku? Víme, že… Jen si to rychle zopakujme, abyste si potrénovali paměť. Mohli bychom mít H2O. Ta může autoionizovat na H+ plus OH-. A tohle je v rovnováze. Kw se rovná… Jen napíšete produkty. Takže koncentrace vodíkových kationtů krát koncentrace hydroxidových iontů. A tímhle nebudete dělit, protože se jedná o rozpouštědlo. A už jsme přišli na to, o co se jednalo. Pokud máme úplně čistou vodu, tohle je 10 na –7. A tohle je 10 na –7. Tohle se rovná 10 na –14. Tyhle 2 věci se mohou měnit. Mohu přidat více vodíku, mohl bych přidat i hydroxid. A to jsme vlastně doposud dělali. To je to, co kyseliny a báze dělají. Buď zvýší toto nebo toto. Ale skutečnost, že tohle je rovnovážná konstanta znamená, že je jedno, co uděláte s tímhle, tohle se nakonec přizpůsobí novému stavu koncentrace vodíkových kationtů. A tohle vždy bude konstantní. Dokud se budeme pohybovat ve vodném roztoku, v roztoku, kde voda je rozpouštědlo, za teploty 25 stupňů Celsia. Takže cokoli uděláme, tohle… V čisté vodě je to 10 na –7. Nezáleží na tom, co uděláme s tím a tím, ve vodném roztoku bude výsledek vždy 10 na –14. To je tedy odpověď na tuhle otázku. Tohle bude vždy 10 na –14. Pokud vynásobíte koncentraci vodíku koncentrací OH. Pak už každá nebude 10 na –7, protože máme slabou kyselinu a slabou bázi. Takže tyto hodnoty se vlastně změní. Ale když je vynásobíte, získáte zase 10 na –14. Vezměme záporný logaritmus obou stran rovnice. Jen vymažu všechno, co jsem psal tady dole. Budeme potřebovat místo. Vezměme tedy záporný logaritmus obou stran této rovnice. Získáte, jen si změním barvu, záporný logaritmus o základu 10 z Ka… Napíšu to v barvách. Ka krát Kb se bude rovnat zápornému logaritmu tohoto. Záporný logaritmus 10 na -14. Čemu se to tedy rovná? Logaritmus 10 na –14 je –14, protože 10 na –14 je rovno 10 na –14. Zohledněte znaménko minus a vznikne z toho 14. Pravá strana rovnice bude prostě 14. A tady můžeme využít vlastnosti logaritmu, tohle je stejné jako záporný logaritmus Ka… Použijme barvy. Ka plus záporný logaritmus Kb. Nebo to můžete vyjádřit jako pKa a toto jako pKb. Takže můžete říci, že tohle je pKa plus pKb. Vlastně jsem chtěl použít modrou. Plus pKb, a to všechno se bude rovnat 14. Proč je to vlastně užitečné? No, pokud znáte pKa slabé kyseliny, například když máme NH4+. Jedná se o slabou kyselinu. Může poskytnout vodík, ale nejedná se o nevratnou reakci. Ten vodík je možné nabýt zpět. Tohle je tedy slabá kyselina. Pokud si to vyhledáte na Wikipedii, řekne vám to, že pKa NH4 je rovno 9,25. Je to tedy 9,25 pro NH4. Pro amonný kationt. Jaké tedy bude pKb amoniaku? Napišme si tu reakci. Tohle je NH4. Je to v rovnováze. Tohle je +. Může se zbavit jednoho z protonů, a pak vám zbude pouze amoniak. Tohle je tedy kyselá reakce. Na toto se vztahuje pKa. Rovnovážná konstanta pro tuhle reakce je, záporný logaritmus rovnovážné konstanty je rovnen 9,25. A kdybych měl zpětnou reakci konjugované báze, amoniak by se přeměnil na amonný kationt. Navíc si odtrhne vodíkový kation z molekuly vody. Kdybych chtěl vypočítat pKb, neboli rovnovážnou konstantu, nebo záporný logaritmus rovnovážné konstanty této reakce, jaký by byl výsledek? No, tohle je 9,25. 9,25 plus toto pKb by se mělo rovnat 14. Čemu se rovná 14 mínus 9,25? Je to 4,75. Ihned tedy známe rovnovážnou konstantu reakce konjugované báze. Je to užitečná znalost. Že pKa plus pKb je rovno 14. Pamatujte, že pokud se setkáte s pKa a pKb a zeptáte se, co to je? Když je tam p, jde o záporný logaritmus z něčeho. V tomhle případě se jedná o záporný logaritmus rovnovážné konstanty kyselé reakce. Plus záporný logaritmus rovnovážné konstanty zásadité reakce, kde tohle je konjugovaná báze téhle kyseliny. Vždy to bude rovno 14, pokud se jedná o vodný roztok při 25 stupních Celsia, což je pokojová teplota, o kterou půjde ve většině případů.
video