Zuurconstante: verschil tussen versies

Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud

In de regel

Versie van 13 okt 2019 15:42

ZUREN en BASEN

Algemene begrippen
pH Zuur-basereactie Zuur-basetitratie Zuurconstante Buffer Waterevenwicht Hammett-zuurfunctie
Zuren
Sterk · Zwak · Lewiszuur · Anorganisch zuur · Organisch zuur · Superzuur · Oxozuur · Halogeenzuurstofzuur
Basen
Sterk · Zwak · Lewisbase · Organische base
Portaal Scheikunde

De zuurconstante is een kwantitatieve maat voor de sterkte van een zuur in oplossing. Het is een evenwichtsconstante die de dissociatie van een zuur-basereactie beschrijft. De zuurconstante beschrijft een intrinsieke eigenschap van een zuurmolecuul, in tegenstelling tot de pH, die aangeeft wat de H₃O⁺-concentratie van een oplossing is. De zuurconstante wordt aangeduid met K_a of de Nederlandse variant K_z.^[a] Algemeen geldt:

K_{a}={\dfrac {[\mathrm {Z^{-}} ][\mathrm {H_{3}O^{+}} ]}{[\mathrm {HZ} ]}}

.

De chemische deeltjes HZ, Z^– en H₃O⁺ zijn hierbij in evenwicht: hun concentraties (aangegeven tussen de blokhaken) blijven hetzelfde, omdat de heen- en teruggaande reacties even snel plaatsvinden. De algemene reactievergelijking van een zuurdissociatie kan als volgt worden weergegeven:

{\ce {HZ + H_2O <=> Z^- + H_3O^+}}

.

Uit de zuurconstante kan informatie worden afgeleid over de sterkte en daarmee reactiviteit van het zuur. Als de waarde van $K_{a}$ groot is, betekent dit dat het zuur grotendeels gedissocieerd is, dus het zuur is sterk. Bij een kleine $K_{a}$ is het zuur weinig gedissocieerd, dus dan is het zuur zwak. In de praktijk is het handiger om gebruik te maken van de logaritmische constante pK_a:

\mathrm {p} K_{a}=-\log(K_{a})

.

Hoe groter de waarde voor pK_a, hoe minder het zuur dissocieert (bij een bepaalde pH), dus hoe zwakker het zuur. De pK_a waarde geeft bovendien aan bij welke pH de helft van de zuurmoleculen zijn H⁺-ion heeft afgestaan: Wanneer de pK_a van een zuur bekend is, en de pH gemeten is, kan berekend worden welk deel van de zuurmoleculen zijn H⁺ heeft afgestaan. De pK_a en de pH zijn twee verschillende waarden die niet door elkaar moeten worden gehaald. Bovenstaande formules kunnen herschreven worden tot de Henderson-Hasselbalch-vergelijking (bufferformule):

\mathrm {pH} =\mathrm {p} K_{a}+\log {\frac {[\mathrm {Z^{-}} ]}{[\mathrm {HZ} ]}}

Theoretische achtergrond

De zuurconstante is een variabele waarde die voortkomt uit de onderliggende thermodynamica van een dissociatiereactie (splitsingreactie); de pK_a-waarde is recht evenredig met de verandering standaard vrije energie van de reactie. De waarde van de pK_a verandert met de temperatuur, wat kan worden verklaard op basis van het principe van Le Châtelier: wanneer de reactie endotherm is, neemt K_a toe en neemt pK_a af indien de temperatuur hoger wordt; het tegenovergestelde is geldt voor een exotherme reacties.

De waarde van pK_a hangt op vele manieren af van de moleculaire structuur van het zuur. Pauling stelde daarover twee regels voor: één voor opeenvolgende pK_a van polyprotische zuren, en één om de pKa van oxyzuren te voorspellen op basis van het aantal =O en −OH-groepen. Andere factoren die de waarde van een zuurconstante beïnvloeden hebben betrekking tot inductieve stabilisatie, mesomerie en de mate van waterstofbrug-vorming.^[1]

De pH van een oplossing worden voorspeld wanneer de analytische concentratie en pK_a-waarden van alle zuren en basen bekend zijn; omgekeerd is het mogelijk om de evenwichtsconcentratie van de zuren en basen in oplossing te berekenen wanneer de pH bekend is. Dergelijke berekeningen vinden hun toepassing in veel verschillende gebieden van scheikunde, biologie, geneeskunde en aardwetenschappen.

Zie ook

Noten

↑ Het gebruik van de notatie $K_{z}$ met de z van zuur kan soms verwarring opleveren met de dissociatieconstante van een zout. Daarom gebruikt men vaker $K_{a}$ met index a van acid (Engels voor zuur).

Referenties

↑ (en) Perrin DD, Dempsey B, Serjeant EP (1981). pK_a Prediction for Organic Acids and Bases. Chapman & Hall, London. DOI:10.1007/978-94-009-5883-8, "Chapter 3: Methods of pK_a Prediction", 21–26. ISBN 978-0-412-22190-3.

[1] Het gebruik van de notatie $K_{z}$ met de z van zuur kan soms verwarring opleveren met de dissociatieconstante van een zout. Daarom gebruikt men vaker $K_{a}$ met index a van acid (Engels voor zuur).

[Perrin-2] (en) Perrin DD, Dempsey B, Serjeant EP (1981). pK_a Prediction for Organic Acids and Bases. Chapman & Hall, London. DOI:10.1007/978-94-009-5883-8, "Chapter 3: Methods of pK_a Prediction", 21–26. ISBN 978-0-412-22190-3.

[a]

[1]

@@ Regel 1: / Regel 1: @@
 {{Zijbalk zuren en basen}}
-De '''zuurconstante''' is een [[kwantitatief|kwantitatieve]] maat voor de sterkte van een [[zuur (chemie)|zuur]] in [[oplossing (scheikunde)|oplossing]]. Het is een [[evenwichtsconstante]] die de [[dissociatie (scheikunde)|dissociatie]] van een [[zuur-basereactie]] beschrijft. De zuurconstante beschrijft een intrinsieke eigenschap van een zuurmolecuul of [[functionele groep]], in tegenstelling tot de [[pH]], die aangeeft wat de H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>-concentratie van een oplossing is. De zuurconstante wordt aangeduid met ''K''<sub>a</sub> of de Nederlandse variant ''K''<sub>z</sub>.<ref group=kleine-letter>Het gebruik van de notatie <math>K_z</math> met de ''z'' van zuur kan soms verwarring opleveren met de [[evenwichtsconstante|dissociatieconstante]] van een [[zouten|zout]]. Daarom gebruikt men vaker <math>K_a</math> met index a van ''acid'' ([[Engels]] voor zuur).</ref> Algemeen geldt:
+De '''zuurconstante''' is een [[kwantitatief|kwantitatieve]] maat voor de sterkte van een [[zuur (chemie)|zuur]] in [[oplossing (scheikunde)|oplossing]]. Het is een [[evenwichtsconstante]] die de [[dissociatie (scheikunde)|dissociatie]] van een [[zuur-basereactie]] beschrijft. De zuurconstante beschrijft een intrinsieke eigenschap van een zuurmolecuul, in tegenstelling tot de [[pH]], die aangeeft wat de H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>-concentratie van een oplossing is. De zuurconstante wordt aangeduid met ''K''<sub>a</sub> of de Nederlandse variant ''K''<sub>z</sub>.<ref group=kleine-letter>Het gebruik van de notatie <math>K_z</math> met de ''z'' van zuur kan soms verwarring opleveren met de [[evenwichtsconstante|dissociatieconstante]] van een [[zouten|zout]]. Daarom gebruikt men vaker <math>K_a</math> met index a van ''acid'' ([[Engels]] voor zuur).</ref> Algemeen geldt:
 <div style="line-height:4em;">
 :<math>K_a = \dfrac{[\mathrm{Z^-}][\mathrm{H_3O^+}]}{[\mathrm{HZ}]}</math>.
@@ Regel 12: / Regel 12: @@
 :<math>\mathrm{p}K_a = - \log(K_a)</math>.
 </div>
-Hoe groter de waarde voor p''K''<sub>a</sub>, hoe minder het zuur dissocieert (bij een bepaalde pH), dus hoe zwakker het zuur. De p''K''<sub>a</sub> waarde geeft bovendien aan bij welke pH de helft van de zuurmoleculen zijn [[waterstofion|H<sup>+</sup>-ion]] heeft afgestaan. De p''K''<sub>a</sub> en de pH zijn twee verschillende waarden die niet door elkaar moeten worden gehaald. Bovenstaande formules kunnen herschreven worden tot de  [[Henderson-Hasselbalch-vergelijking]] (bufferformule):
+Hoe groter de waarde voor p''K''<sub>a</sub>, hoe minder het zuur dissocieert (bij een bepaalde pH), dus hoe zwakker het zuur. De p''K''<sub>a</sub> waarde geeft bovendien aan bij welke pH de helft van de zuurmoleculen zijn [[waterstofion|H<sup>+</sup>-ion]] heeft afgestaan: Wanneer de p''K''<sub>a</sub> van een [[zuur (scheikunde)|zuur]] bekend is, en de [[pH]] gemeten is, kan berekend worden welk deel van de zuurmoleculen zijn H<sup>+</sup> heeft afgestaan. De p''K''<sub>a</sub> en de pH zijn twee verschillende waarden die niet door elkaar moeten worden gehaald. Bovenstaande formules kunnen herschreven worden tot de  [[Henderson-Hasselbalch-vergelijking]] (bufferformule):
 <div style="line-height:2.5em;">
 :<math>\mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log \frac{[\mathrm{Z^-}]}{[\mathrm{HZ}]}</math>
 </div>
-Wanneer de p''K''<sub>a</sub> van een [[zuur (scheikunde)|zuur]] bekend is, en de [[pH]] gemeten is, kan berekend worden welk deel van de zuurmoleculen zijn H<sup>+</sup> heeft afgestaan.
+==Theoretische achtergrond==
+De zuurconstante is een variabele waarde die voortkomt uit de onderliggende [[thermodynamica]] van een [[dissociatie (scheikunde)|dissociatie]]reactie (splitsingreactie); de p''K''<sub>a</sub>-waarde is recht evenredig met de verandering standaard [[vrije energie]] van de reactie. De waarde van de p''K''<sub>a</sub> verandert met de temperatuur, wat kan worden verklaard op basis van het [[principe van Le Châtelier]]: wanneer de reactie [[endotherm]] is, neemt ''K''<sub>a</sub> toe en neemt p''K''<sub>a</sub> af indien de temperatuur hoger wordt; het tegenovergestelde is geldt voor een [[exotherm]]e reacties.
+De waarde van p''K''<sub>a</sub> hangt op vele manieren af van de moleculaire structuur van het zuur. [[Pauling]] stelde daarover twee regels voor: één voor opeenvolgende p''K''<sub>a</sub> van polyprotische zuren, en één om de pKa van oxyzuren te voorspellen op basis van het aantal =O en −OH-groepen. Andere factoren die de waarde van een zuurconstante beïnvloeden hebben betrekking tot [[inductieve stabilisatie]], [[mesomerie]] en de mate van [[waterstofbrug]]-vorming.<ref name="Perrin">{{citeer boek
+| auteur=Perrin DD, Dempsey B, Serjeant EP| title = p''K''<sub>a</sub> Prediction for Organic Acids and Bases| publisher  = Chapman & Hall| year = 1981| location = London| isbn= 978-0-412-22190-3| doi = 10.1007/978-94-009-5883-8| chapter  = Chapter 3: Methods of p''K''<sub>a</sub> Prediction| pages   = 21–26|taal=en}}</ref>
+De [[pH]] van een oplossing worden voorspeld wanneer de analytische concentratie en p''K''<sub>a</sub>-waarden van alle zuren en basen bekend zijn; omgekeerd is het mogelijk om de evenwichtsconcentratie van de zuren en basen in oplossing te berekenen wanneer de pH bekend is. Dergelijke berekeningen vinden hun toepassing in veel verschillende gebieden van scheikunde, biologie, geneeskunde en aardwetenschappen.
+==Zie ook==
+* [[Chemisch evenwicht]]
+*[[Hammett-zuurfunctie]]
 {{Appendix||2=