Dizolvanti aposi
In cazul in care una din perechile acid-baza conjugate, ce constituie un sistem de tipul reprezentat in ecuatia
Acid 1 + Baza 2 . Baza 1 + Acid 2,
apare in proportie mult mai mare decat cealalta pereche acid-baza¬¬ poate fi considerat solvent.
O substanta care se comporta fata de acizi ca o baza si fata de baze ca acid este numita amfotera sau amfiprotica.
Unul dintre dizolvantii cei mai utilizati este apa. De aceea vom examina intai echilibrul protolitic al unui acid AH, in solutie apoasa:
AH + H2O A- + H3O+
Aplicand legea maselor se obtine:
Cum solutia este diluata, adica [A-], [AH], [H3O+] au valori foarte mici, concentratia apei de la numitorul ecuatiei este 1 este constanta (cca. 55,5 moli/l ). De aceea ea se include in constanta de echilibru, obtinandu-se:
Marimea ka este constanta de aciditate a acidului AH si reprezinta o masura a tariei acidului AH, in solutie apoasa.
Aplicand legea maselor ecuatiei
H2O + H2O H3O+ + HO- se obtine constanta de aciditate a apei:
Dupa cum se vede, apa este un acid foarte slab. Incluzand, din acelasi motiv ca mai sus, concentratia [H2O] in constanta, se obtine constanta de autoprotoliza sau produsul ionic al apei:
kω= [H3¬O+][HO-]= kω x55,5= 1,0x10-14 (la 250 )
Aplicand legea maselor la reactia de protoliza a unei baze, de exemplu:
NH3+H2O = NH4+ + HO-
Se obtine constanta de bazicitate :
Constanta kb este o masura a tariei unei baze, in acelasi mod ca marimea ka, in cazul unui acid.
Unitatile uzuale ale constantelor de echilibru protolitic sunt moli/l.
Cele trei constante de echilibru, mentionate mai sus, sunt legate prin relatia:
ka . kb = kω
in care ka si kb se refera la perechea acid-baza conjugata.
Protonul se deosebeste de toti ceilalti ioni (cu exceptia particulelor α, He2+) prin aceea ca este un simplu nucleu, fara invelis de electroni. Raza sa este de aproximativ 10-13 cm, cu mult mai mica decat razele celorlalti ioni, care sunt de ordinul 10-8 cm. Din cauza micimii lui, care determina un camp foarte intens in jurul sau, protonul nu poate exista liber, ci se combina cu orice pereche de electroni neparticipanti ai atomilor, moleculelor sau ionilor care poseda asemenea electroni.
In solutie apoasa, protonul nu poate exista decat legat de o molecula de apa, sub forma de ion hidroniu ( numit si ion de oxoniu sau de hidroxoniu ):
Din motive de ordin practic, concentratia ionilor de hidroniu, in solutie apoasa, se exprima sub forma exponentului de activitate, definit prin expresia:
pH = - log[H3O+]
In mod similar, constantele de aciditate si de bazicitate se pot exprima sub forma de exponenti de aciditate si exponenti de bazicitate:
pka = - log ka; pkb = - log kb
Pentru un acid cu ka = 10-5 exponentul de aciditate este pka = 5.
Cu cat acidul este mai tare, valoarea numerica a pka este mai mica.
Introducand valoarea lui kω in ecuatia
ka . kb = kω si logaritmand se obtine :
pka = 14 - pkb
Cu ajutorul acestei ecuatii este posibil sa se exprime aciditatea sau bazicitatea unei substante intr-o scara unica. Unui acid tare ii corespunde o baza conjugata slaba si invers.
Constante si exponenti de aciditate (in solutie apoasa)
Acid Baza conjugata ka kb
HOOC-COOH HOOC-COO- 5,7x10-2 1,2
HCOOH HCOO- 2,1x10-4 3,7
HOOC-COO- -OOC-COO- 6,8x10-5 4,2
CH3COOH CH3COO- 1,8x10-5 4,75
NH4+ NH3¬ 3,3x10-10 9,5
CH3 NH3+ CH3NH2 1,6x10-11 10,8
(CH3)2NH2+ (CH3)2NH 1,2x10-11 10,9
(CH3)3NH+ (CH3)3N 1,2x10-11 10,9
Dizolvanti neaposi
In solutie apoasa, echilibrele protolitice sunt limitate de constate de autoprotoliza a apei, intre doua valori extreme, anume intre pH = 0 si 14. La pH = 0, concentratia ionilor de H3O+ este 1 mol/l si a ionilor de HO- este 10-14 moli/litru, la pH = 14, concentratia ionilor de H3O+ este de 10-14 moli/l, iar la HO- este 1 mol/l.
Se cunosc si se utilizeaza si alti dizolvanti, numiti amfiprotici, care, intocmai ca apa, au atat proprietati acide cat si bazice. Avand insa constante de autoprotoliza diferite de cele ale apei, domeniile de existenta ale echilibrelor protolitice sunt altele.
