Mikä on vahvempi happo: H3O + tai HCl?

Tässä on mielipiteeni, johon saattaa liittyä virheitä, ja korjaukset ovat erittäin tervetulleita:

Brønstedin määritelmää käyttämällä happamuus on taipumus luovuttaa protoneja. Tämä, toisin kuin Arrheniuksen määritelmä, ei rajoitu vesiliuoksiin. Jos sinulla on hapon vesiliuos, tapahtuu kuitenkin jotain mielenkiintoista: mikä tahansa happo HAc (tai emäs B), joka on vahvempi kuin H $ _3 $ O $ ^ + $ (tai OH $ ^ – $ ) hajoaa kokonaan:

$$ \ ce {H2O + HAc < = > H3O + + Ac-} $$ tai $$ \ ce {H2O + B < = > OH- + BH +} $$

Joten suurin happama yhdiste vedessä on hydroniumioni H $ _3 $ O $ ^ + $; et voi esimerkiksi erottaa suolahapon ja perkloorihapon vesiliuoksia pH-arvon perusteella. Hyvien vahvojen happojen luokittelemiseksi niiden happolujuuden perusteella dissosiaatiovakioiden määrittämiseen käytetään vedettömiä liuoksia ja saatuja tietoja siirretään sitten suunnilleen veteen Huomaa myös, että puhumme happojen liuoksista .

Erityisesti HCl: lle voidaan merkitä konjugoitujen happojen ja emästen pareja:

$$ \ ce {H2O ~ (~ emäs ~ 1) + HCl ~ (~ happo ~ 2) < = > H3O + ~ ( ~ happo ~ 1) + Cl- ~ (~ emäs ~ 2)} $$

Voimme siis verrata kahden hapon vahvuuksia: $ \ ce {HCl} $ ja $ \ ce {H3O +} $. Tiedämme, että tämä tasapaino on siirtynyt oikealle, joten suolahappo on vahvempi.

Erittäin myöhäinen muokkaus yrittääkseni vastata MukulGoyalin kommenttiin (valitettavasti , hän ei tarkentanut kysymyksiään) numeroittain:

1. Onko happamuuden määritelmä tend Onko H + -ioneja vai H3O + -ioneja? Tällä näyttää olevan merkitystä tässä, koska ensimmäisessä tapauksessa H3O + ei ole edes happama vedessä, koska tasapainolla H2O + H + — »H3O + on erittäin korkea tasapainovakio.

2. Vastaavasti vaikka liuotin on NH3, NH3 + H3O + — »NH4 + + H2O: n tasapainovakio olisi samasta syystä hyvin alhainen, ja siksi se olla todella heikko happo.

3. Tarkoittaako vastauksesi, että mikä tahansa happo, jonka Ka on suurempi kuin 1, on vahvempi happo kuin H3O +?

Muista ensinnäkin, että tasapainot ovat dynaamisia .

1) Kuten olen maininnut, happamuus on Brønstedin mukaan taipumus antaa $ \ ce {H +} $. dollareissa $ \ ce {H2O} $, $ \ ce {H +} $ solvatoidaan keskimäärin kuudella vesimolekyylillä, jolloin syntyy lajeja, kuten $ \ ce {H3O + (H2O) 6} $ (lisätietoja on Wikipediassa ja tämä ).

1) ja 2) näytät puhuvan $ \ ce {H3O +} $: n dissosiaatiosta Käytät kuitenkin termejä kuten ”erittäin korkea” ja ”erittäin matala”, joten mielestäni siitä tulee eräänlainen harhaanjohtava keskustelu.

Kun mainitset

$$ \ ce {H2O + H + < = > H3O +} $$

sinun on muistettava, että protonin on oltava peräisin jostakin. Itse asiassa se, mistä puhut, on

$$ \ ce {H2O + H2O < = > H3O + + OH -} $$

mikä tarkoittaa veden autoprotonointia. Lasketaan vain se tasapainovakio, josta puhut koko ajan:

$$ K = \ cfrac {c (\ ce {H3O +}) ~ \ cdot ~ c (\ ce {OH-}) } {c ^ 2 ~ (\ ce {H2O})} $$

No, arvaatko mitä?Veden pitoisuus (c = n / V = m / (V * M) = $ \ rho $ / M = 55,51 mol / L) pysyy likimain vakiona puhtaalla vedellä ja laimennetuilla liuoksilla (koska vain monet vesimolekyylit eivät muodosta ioneja ), joten se tuodaan vakioon, jolloin saadaan

$$ K_w = c (\ ce {H3O +}) ~ \ cdot ~ c (\ ce {OH -}) $$

$ K_w $ riippuu lämpötilasta ja on yhtä suuri kuin $ 10 ^ {- 14} $ mol $ ^ 2 $ / L $ ^ {2} $ 25 ° C: ssa. Se pysyy vakiona puhtaassa vedessä ja myös laimennetuissa liuoksissa.

Puhtaassa vedessä, jossa $ c (\ ce {H3O +}) = c (\ ce {OH -}) $, saadaan sitten

$$ K_w = c ^ 2 ( \ ce {H3O +}) $$

ja

$$ c (\ ce {H3O +}) = 1,0 * 10 ^ {- 7} ~ mol ~ / ~ L ~ $ $

joka kvantifioi olennaisesti sen, mistä sinä, epäilen, puhuit, siinä, että se kertoo sinulle $ \ ce {H3O +} $: n pitoisuuden puhtaan veden autoprotonointitasapainossa. Muuten, koska pH on määritelty näin:

$$ pH = -lg ~ c ~ (\ ce {H3O +}) $$

pH = 7 (neutraali) , $ \ ce {H3O +} $ ja $ \ ce {OH -} $ ovat yhtä suuria. Laimennetuissa liuoksissa, kun ne eivät ole yhtä suuria, voit laskea toisen käyttämällä toista.

Muista myös, että Brønsted – Lowry-teoriassa hapot ja emäkset määritellään tavalla, jolla ne reagoivat toisiinsa, kuten Wikipediassa mainitaan. Toistaiseksi olemme tarkastelleet vain vettä ja sen autoprotonointia, ei liuottimia ja muita molekyylejä, joilla on omat happamuutensa ja emäksisyytensä.

2) Mitä tulee reaktioon, jonka mainitsit ammoniakissa liuottimena, ensinnäkin, ensinnäkin, $ \ ce {H3O +} $ täytyy tulla jostakin (kuvitellaan, että pudotamme jonkin verran vesiliuosta Toiseksi, en ole varma, että vakio todella olisi sellainen kuin kuvailet – luulen, että tässä ammoniakki (joka käyttäytyy amfolyyttisesti) toimisi emäksenä ja hyväksyisi melko onnellisesti protonin. Jos joku pystyy antamaan käsityksen tästä, se olisi hienoa.

3) Hapon vahvuus määritetään käyttämällä $ pK_a $, jonka antaa $ pK_a $ = -lg $ K_a $. Kokemukseni mukaan, jos $ pK_a $ määritetään pitoisuuden avulla, niin hydroniumionien $ pK_a $ on 0, ja jos se määritellään toiminnan kautta, se on -1,7 ( -1,74, tarkemmin; vastaavasti $ \ ce {OH -} $, vastaava $ pK_b $ on 14 keskittymisen kautta ja 15,7 toiminnan kautta).

Palataan kysymykseesi ”Ka” suurempi kuin 1 ”, se näyttää olevan oikein, koska -lg (1) = 0.

Viittaan happoon vahvuustaulukko, esimerkiksi täällä . Lisäksi haluaisin viitata tähän erinomaiseen keskusteluun asiasta, jossa muuten ortokresoli ojensi kätensä .

Tämän lisäksi voimakkailla hapoilla on $ pK_a $ < 0, kun taas heikoilla hapoilla on $ pK_a $> 0 (taas tämä tapahtuu pitoisuuden kautta – esimerkiksi täällä Wikipediassa he käyttävät -1,74).

Kaikki, korjaukset ovat erittäin tervetulleita!

Kommentit

• Tämä on erinomainen vastaus. Haluat ehkä vain selventää, mitä dollarille tapahtuu \ ce {HCl} $ vesiliuoksessa sekaannusten välttämiseksi.
• Kiitos vastauksesta, mutta minulla on täällä 3 kysymystä: 1) Onko happamuuden määritelmä taipumus antaa H + -ioneja tai H3O + -ioneja ? Tällä näyttää olevan merkitystä tässä, koska ensimmäisessä tapauksessa H3O + ei edes ole hapan vedessä, koska tasapainolla H2O + H + — » H3O + on erittäin korkea tasapainovakio. 2) S samalla tavalla, vaikka liuotin on NH3, NH3 + H3O + — » NH4 + + H2O-tasapainovakio olisi hyvin pieni samasta syystä, ja siksi se olisi todella erittäin heikko happo. 3) Tarkoittaako vastauksesi sitä, että mikä tahansa happo, jonka Ka on suurempi kuin 1, on vahvempi happo kuin H3O +?
• 1) Lue happojen ja emästen teoria. Ortokresolin antama linkki on hyvä lähtökohta. Br ø nsted-määritelmän mukaan hapot ovat H +: n luovuttajia. Huomaamassasi tasapainossa ei ' ole paljon järkeä kontekstista, joten selitä mitä tarkoitat – ja miksi sillä pitäisi olla korkea vakio. 2) Mikä olisi heikko happo? H3O +? Kuinka se syntyisi ammoniakissa? Miksi luulet tämän tasapainon siirtyvän vasemmalle? 3) H3O +: n pKa on 0 (ei Ka). Hapot, joilla on korkeampi Ka (alempi pKa), ovat vahvempia (muokkaa: kirjoitti " alempi " aikaisemmin, että ' väärin, myös väärä Ka-määritelmä, anteeksi).
• @MukulGoyal Haluan parantaa vastausta, mutta sinun on selventää minulle asioita, jotka mainitsin kysymyksissäsi.
• @MukulGoyal olen ' yrittänyt vastata kommenttiisi joka tapauksessa – ehkä tämä auttaa 🙂 Kaikki – minä ' d ole erittäin kiitollinen mahdollisista korjauksista 🙂