Глава 14. Ключевые термины и уравнения

Ключевые термины

ионизация кислоты (acid ionization)

реакция переноса протона от кислоты к воде, в которой образуются ионы гидроксония \(\ce{H3O+}\) и сопряжённое основание данной кислоты.

константа ионизации кислоты ($K_a$) (acid ionization constant)

константа равновесия реакции ионизации кислоты.

кислотно-основной индикатор (acid-base indicator)

слабая кислота или слабое основание, сопряжённый партнёр которого имеет иную окраску раствора; используется для визуальной оценки \(\text{pH}\).

кислый (acidic)

раствор, в котором \([\ce{H3O+}] > [\ce{OH-}]\).

амфипротонный (amphiprotic)

способный как отдавать, так и принимать протон в реакции Брёнстеда–Лоури.

амфотерный (amphoteric)

способный выступать и как кислота, и как основание.

автоионизация (autoionization)

реакция между одинаковыми частицами, дающая ионные продукты; для воды эта реакция представляет собой перенос протонов с образованием ионов гидроксония и гидроксида.

ионизация основания (base ionization)

реакция переноса протона от воды к основанию, в которой образуются гидроксид-ионы \(\ce{OH-}\) и сопряжённая кислота данного основания.

константа ионизации основания ($K_b$) (base ionization constant)

константа равновесия реакции ионизации основания.

щелочной (basic)

раствор, в котором \([\ce{H3O+}] < [\ce{OH-}]\).

кислота Брёнстеда–Лоури (Brønsted-Lowry acid)

донор протонов.

основание Брёнстеда–Лоури (Brønsted-Lowry base)

акцептор протонов.

буферный раствор (buffer)

смесь, содержащая заметные количества слабой сопряжённой кислотно-основной пары. \(\text{pH}\) буферного раствора почти не меняется при добавлении небольших количеств кислоты или основания.

буферная ёмкость (buffer capacity)

количество кислоты или основания, которое можно добавить к данному объёму буферного раствора, прежде чем его \(\text{pH}\) заметно изменится (обычно на одну единицу \(\text{pH}\)).

интервал перехода окраски (color-change interval)

диапазон \(\text{pH}\), в котором наблюдается изменение окраски индикатора.

сопряжённая кислота (conjugate acid)

частица, образующаяся при присоединении протона к основанию.

сопряжённое основание (conjugate base)

частица, образующаяся при потере протона кислотой.

двухосновная кислота (diprotic acid)

кислота, в молекуле которой содержатся два способных к ионизации атома водорода.

двухосновное основание (diprotic base)

основание, способное принять два протона.

уравнение Хендерсона–Хассельбаха (Henderson–Hasselbalch equation)

логарифмическая форма выражения для константы ионизации кислоты, удобная для расчёта \(\text{pH}\) буферных растворов.

ионное произведение воды ($K_\mathrm{w}$) (ion-product constant for water)

константа равновесия автоионизации воды.

нивелирующий эффект (leveling effect)

наблюдение, согласно которому сила кислот и оснований в данном растворителе ограничена силой характерных для этого растворителя кислоты и основания (в воде — соответственно ионов гидроксония и гидроксида).

одноосновная кислота (monoprotic acid)

кислота, в молекуле которой содержится один способный к ионизации атом водорода.

нейтральный (neutral)

характеристика раствора, в котором \([\ce{H3O+}] = [\ce{OH-}]\).

оксикислота (oxyacid)

тернарное соединение с кислотными свойствами, в молекулах которого центральный атом неметалла связан с одним или несколькими атомами кислорода, причём по крайней мере один из этих атомов связан со способным к ионизации атомом водорода.

степень ионизации (percent ionization)

отношение концентрации ионизованной кислоты к её исходной концентрации, выраженное в процентах.

pH (pH)

логарифмическая мера концентрации ионов гидроксония в растворе.

pOH (pOH)

логарифмическая мера концентрации гидроксид-ионов в растворе.

ступенчатая ионизация (stepwise ionization)

процесс, в котором многоосновная кислота ионизуется последовательным отщеплением протонов.

кривая титрования (titration curve)

график зависимости некоторого свойства пробы (например, \(\text{pH}\)) от объёма добавленного титранта.

трёхосновная кислота (triprotic acid)

кислота, в молекуле которой содержатся три способных к ионизации атома водорода.

Ключевые уравнения

Ионное произведение воды:

\[ K_\mathrm{w} = [\ce{H3O+}][\ce{OH-}] = 1{,}0 \times 10^{-14}\ \text{(при } 25\ \text{°C)} \]

Определение \(\text{pH}\) и \(\text{pOH}\):

\[ \text{pH} = -\log[\ce{H3O+}] \]

\[ \text{pOH} = -\log[\ce{OH-}] \]

Обратные соотношения:

\[ [\ce{H3O+}] = 10^{-\text{pH}} \]

\[ [\ce{OH-}] = 10^{-\text{pOH}} \]

Связь \(\text{pH}\) и \(\text{pOH}\) с ионным произведением воды:

\[ \text{pH} + \text{pOH} = \text{p}K_\mathrm{w} = 14{,}00\ \text{при } 25\ \text{°C} \]

Константа ионизации кислоты для реакции \(\ce{HA + H2O <=> H3O+ + A-}\):

\[ K_a = \frac{[\ce{H3O+}][\ce{A-}]}{[\ce{HA}]} \]

Константа ионизации основания для реакции \(\ce{B + H2O <=> HB+ + OH-}\):

\[ K_b = \frac{[\ce{HB+}][\ce{OH-}]}{[\ce{B}]} \]

Связь \(K_a\) и \(K_b\) сопряжённой кислотно-основной пары:

\[ K_a \times K_b = 1{,}0 \times 10^{-14} = K_\mathrm{w} \]

Логарифмические показатели:

\[ \text{p}K_a = -\log K_a \]

\[ \text{p}K_b = -\log K_b \]

Степень ионизации кислоты:

\[ \%\,\text{ионизации} = \frac{[\ce{H3O+}]_{\text{равн}}}{[\ce{HA}]_0} \times 100 \]