布朗斯特-勞里酸鹼理論中,弱鹼指在水溶液中不完全電離的鹼,意即質子化反應不完全。一般鹼的pH值範圍為7~14,其中7為中性,14則為強鹼性,可通過以下公式計算:
相對強鹼而言,弱鹼從水分子接受質子的能力較差,因而溶液中H+濃度更高,pH值較低。
鹼陰離子的電離平衡不涉及H+,通常以OH−離子濃度先計算pOH:
共軛酸(如NH4+)與共軛鹼(如NH3)的酸鹼平衡式相乘,得到:
由於,因此。
等式兩邊同時取對數,得:
最後等式兩邊同乘-1,結果為:
pH值可由已知的pOH值代入下式計算:
- pH = pKw - pOH,pKw = 14.00
與弱酸類似,弱鹼在水中也存在電離平衡,其反應平衡常數稱作Kb,可作為鹼強弱的量度。強鹼電離過程完全,Kb值也較大。弱鹼,如氨在溶於水時存在下列平衡:
pH值計算涉及的H+濃度與OH−濃度通過水的離子積聯繫起來,Kw = 1.0x10−14,見水的自偶電離。強鹼中H+濃度較低,即OH−濃度更高,Kb更大。
通常以鹼的共軛酸百分比來描述弱鹼的鹼性強弱。若共軛酸濃度更大,則表明pH值更大,若更小則相反。弱鹼的共軛酸濃度通常較低。
酸鹼平衡式為:
- ,B表示鹼
式中[B]initial表示假想的反應發生前鹼的摩爾濃度。
計算0.20 mol/L吡啶水溶液的pH及酸型所占的百分比,吡啶:C5H5N,Kb為1.8 x 10−9。
首先寫出酸鹼平衡反應式:
濃度列表,單位為mol/L:
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C5H5N |
C5H6N+ |
OH−
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初始濃度
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0.20 |
0 |
0
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濃度變化量
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-x |
+x |
+x
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平衡濃度
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0.20 -x |
x |
x
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將平衡濃度代入Kb計算式
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假設x很小,可以忽略
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解出x
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檢驗 x << 0.20 的假設是否正確
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;因此近似可行
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由pOH = -log [OH−],[OH−]=x計算pOH
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由pH = pKw - pOH
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由[HB+] = x,[B]initial = 0.20計算酸型的百分比
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即,有0.0095%的吡啶以共軛酸C5H6N+的形式存在。
- 丙氨酸——C3H5O2NH2
- 氨——NH3
- 甲胺——CH3NH2
- 吡啶——C5H5N
- Atkins, Peter, and Loretta Jones. Chemical Principles: The Quest for Insight, 3rd Ed., New York: W.H. Freeman, 2005.