14.5: Hidrolisisi ya Solutions ya Chumvi

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Kutabiri kama ufumbuzi wa chumvi itakuwa tindikali, msingi, au neutral
• Tumia viwango vya aina mbalimbali katika suluhisho la chumvi
• Eleza ionization asidi ya ions hydrated chuma

Salts na Ions Tindikali

Salts ni misombo ionic linajumuisha cations na anions, ama ambayo inaweza kuwa na uwezo wa kuwa na asidi au msingi ionization majibu na maji. Kwa hiyo, ufumbuzi wa chumvi yenye maji, inaweza kuwa tindikali, msingi, au neutral, kulingana na nguvu za asidi-msingi za ions za chumvi. Kwa mfano, kufuta kloridi amonia katika matokeo ya maji katika dissociation yake, kama ilivyoelezwa na equation

$${\text{NH}}_4\text{Cl}(s)\rightleftharpoons {\text{NH}}_4{}^{+}(aq)+{\text{Cl}}^{-}(aq)$$

Ioni ya amonia ni asidi ya conjugate ya amonia ya msingi, NH ₃; asidi yake ionization (au asidi hidrolisisi) mmenyuko inawakilishwa na

$${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+{\text{NH}}_3(aq)K_{\text{a}}=K_{\text{w}}\text{/}{K}_{\text{b}}$$

Kwa kuwa amonia ni msingi dhaifu, K _b inapimika na K _a> 0 (ioni ya amonia ni asidi dhaifu).

Ioni ya kloridi ni msingi wa conjugate wa asidi hidrokloric, na hivyo msingi wake ionization (au msingi wa hidrolisisi) mmenyuko unawakilishwa na

$${\text{Cl}}^{-}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons \text{HCl}(aq)+{\text{OH}}^{-}(aq)K_{\text{b}}=K_{\text{w}}\text{/}{K}_{\text{a}}$$

Kwa kuwa HCl ni asidi kali, K _a ni kubwa mno na K _b ≈ 0 (ioni za kloridi hazipatikani hidrolisisi yenye thamani).

Hivyo, kufuta kloridi ya amonia katika maji huzalisha suluhisho la cations dhaifu asidi (${\text{NH}}_4{}^{+}$) na anions za inert (Cl ^-), na kusababisha suluhisho la tindikali.

Mfano 14.15

Kuhesabu pH ya Suluhisho la Chumvi la Tindikali

Aniline ni amine ambayo hutumiwa kutengeneza dyes. Ni pekee kama kloridi ya anilinium,$[{\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3]\text{Cl},$chumvi iliyoandaliwa na mmenyuko wa aniline dhaifu ya msingi na asidi hidrokloric. Je, ni pH ya ufumbuzi wa 0.233 M wa kloridi ya anilinium

$${\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3{}^{\text{+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+{\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_2(aq)$$

Suluhisho

K _a kwa ioni ya anilinium inatokana na K _b kwa msingi wake wa conjugate, aniline (angalia Kiambatisho H):

$$K_{\text{a}}=\frac{K_{\text{w}}}{K_{\text{b}}}=\frac{1.0\times {10}^{-14}}{4.3\times {10}^{-10}}=2.3\times {10}^{-5}$$

Kutumia taarifa iliyotolewa, meza ya ICE kwa mfumo huu imeandaliwa:

_{Kubadilisha maneno haya msawazo mkusanyiko katika K kujieleza anatoa}

$$\begin{array}{l}{\text{K}}_a=[{\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_2][{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}]\text{/}[{\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3{}^{+}]\\ 2.3\times {10}^{\text{-}5}=(x)(x)\text{/}0.233-x)\end{array}$$

Kutokana x <<<0.233, equation ni rahisi na kutatuliwa kwa x:

$$\begin{array}{}\\ \\ 2.3\times {10}^{\text{-}5}=x^2\text{/}0.233\\ x=0.0023M\end{array}$$

Jedwali la ICE linafafanua x kama molarity ya ioni ya hidronium, na hivyo pH inahesabiwa kama

$$\text{pH}=-\text{kigogo}[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}]=\text{-}\text{kigogo}(0.0023)=2.64$$

Angalia Kujifunza Yako

Je, ni mkusanyiko wa ioni ya hidronium katika ufumbuzi wa 0.100- M ya nitrati ya amonia, NH ₄ NO ₃, chumvi linajumuisha ions${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}$na${\text{HAPANA}}_3{}^{\text{-}}.$Ambayo ni asidi yenye nguvu${\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3{}^{\text{+}}$au${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}?$

Jibu:

[H ₃ O ⁺] = 7.5$\times$10 ^-6 M;${\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{NH}}_3{}^{\text{+}}$ni asidi yenye nguvu.

Salts na Ions za Msingi

Kama mfano mwingine, fikiria kufuta acetate ya sodiamu katika maji:

$${\text{Nach}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2(s)\leftrightharpoons {\text{Na}}^{+}(aq)+{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{-}(aq)$$

Ioni ya sodiamu haipatikani asidi au ionization ya msingi na haina athari kwenye pH ya suluhisho. Hii inaweza kuonekana dhahiri kutokana na formula ya ion, ambayo inaonyesha hakuna atomi za hidrojeni au oksijeni, lakini baadhi ya ions za chuma zilizovunjika hufanya kazi kama asidi dhaifu, kama ilivyoelezwa baadaye katika sehemu hii.

Ioni ya acetate,${\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{-}\text{,}$ni msingi wa conjugate wa asidi ya asidi, CH ₃ CO ₂ H, na hivyo msingi wake ionization (au msingi wa hidrolisisi) mmenyuko unawakilishwa na

$${\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{-}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2\text{H}(aq)+\text{OH}-(aq)K_{\text{b}}=K_{\text{w}}\text{/}{K}_{\text{a}}$$

Kwa sababu asidi asetiki ni asidi dhaifu, K _a yake inapimika na K _b> 0 (ioni ya acetate ni msingi dhaifu).

Kufuta acetate ya sodiamu katika maji huzalisha suluhisho la cations ya inert (Na ⁺) na anions dhaifu ya msingi${\text{(CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{-}),$ kusababisha ufumbuzi wa msingi.

Mfano 14.16

Msawazo katika Suluhisho la Chumvi ya Asidi Dhaifu na Msingi wa Nguvu

Kuamua mkusanyiko wa asidi ya asidi katika suluhisho na$[{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{\text{-}}]=0.050M$na [OH ^-] = 2.5$\times$10 ^-6 M katika usawa. Majibu ni:

$${\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{\text{-}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2\text{H}(aq)+{\text{OH}}^{\text{-}}(aq)$$

Suluhisho

Viwango vya usawa vinavyotolewa na thamani ya mara kwa mara ya usawa itawawezesha hesabu ya mkusanyiko wa usawa usiopotea. Mchakato katika swali ni ionization ya msingi ya ion ya acetate, ambayo

$$K_{\text{b}}(\text{kwa}{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{\text{-}})=\frac{K_{\text{w}}}{K_{\text{a}}(\text{kwa}{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2\text{H})}=\frac{1.0\times {10}^{-14}}{1.8\times {10}^{-5}}=5.6\times {10}^{-10}$$

Kubadilisha maadili inapatikana katika kujieleza K _b inatoa

$$K_{\text{b}}=\frac{[{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2\text{H}][{\text{OH}}^{\text{-}}]}{[{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2{}^{\text{-}}]}=5.6\times {10}^{-10}$$

$$=\frac{[{\text{CH}}_3{\text{USHIRIKIANO}}_2\text{H}](2.5\times {10}^{-6})}{(0.050)}=5.6\times {10}^{-10}$$

Kutatua equation hapo juu kwa mazao ya asidi asidi molarity [CH ₃ CO ₂ H] = 1.1$\times$10 ^-5 M.

Angalia Kujifunza Yako

Je, ni pH ya ufumbuzi wa 0.083- M wa NaCN?

Jibu:

11.11

Salts na Ions Acidic na Msingi

Baadhi ya chumvi hujumuisha ions zote za tindikali na za msingi, na hivyo pH ya ufumbuzi wao itategemea nguvu za jamaa za aina hizi mbili. Vivyo hivyo, baadhi ya chumvi huwa na ion moja yaani amphiprotic, na hivyo nguvu za jamaa za asidi hii ya ion na tabia ya msingi itaamua athari yake juu ya ufumbuzi pH. Kwa aina zote mbili za chumvi, kulinganisha maadili ya K _a na K _b inaruhusu utabiri wa hali ya asidi-msingi ya suluhisho, kama ilivyoonyeshwa katika zoezi la mfano zifuatazo.

Mfano 14.17

Kuamua Hali ya Tindikali au Msingi ya Salts

Kuamua kama ufumbuzi wa maji ya chumvi zifuatazo ni tindikali, msingi, au neutral:

(a) KBr

(b) NaHCo ₃

(c) Na ₂ HPO ₄

(d) NH ₄ F

Suluhisho

Fikiria kila ions tofauti kulingana na athari zake kwenye pH ya suluhisho, kama inavyoonekana hapa:

(a) K ⁺ cation ni ajizi na wala kuathiri pH. Ioni ya bromidi ni msingi wa conjugate wa asidi kali, na hivyo ni ya nguvu ndogo ya msingi (hakuna ionization ya msingi inayojulikana). Suluhisho ni neutral.

(b) ^{Mawasiliano Na +} ni ajizi na haitaathiri pH ya suluhisho; wakati${\text{HCO}}_3{}^{\text{-}}$anion ni amphiprotic. K _a ya${\text{HCO}}_3{}^{\text{-}}$ni 4.7$\times$10 ^-11, na K _b yake ni$\frac{1.0\times {10}^{-14}}{4.3\times {10}^{-7}}=2.3\times {10}^{-8}.$

Tangu K _b >> K _a, suluhisho ni la msingi.

(c) ^{Mawasiliano Na +} ni ajizi na haitaathiri pH ya suluhisho, wakati${\text{HPO}}_4{}^{\text{2}}$anion ni amphiprotic. K _a ya${\text{HPO}}_4{}^{\text{2}}$ni 4.2$\times$^10-13,

na K yake _b ni$\frac{1.0\times {10}^{-14}}{6.2\times {10}^{-8}}=1.6\times {10}^{-7}.$Kwa sababu K _b >> K _a, suluhisho ni la msingi.

(d) Ya${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}$ion ni tindikali (tazama majadiliano hapo juu) na ^{F -ion} ni msingi (msingi wa conjugate ya asidi dhaifu HF). Kulinganisha constants mbili ionization: K _a ya${\text{NH}}_4{}^{\text{+}}$ni 5.6$\times$10 ^-10 na K _b ya F ^- ni 1.6$\times$10 ^-11, hivyo suluhisho ni tindikali, tangu K _a> K _b.

Angalia Kujifunza Yako

Kuamua kama ufumbuzi wa maji ya chumvi zifuatazo ni tindikali, msingi, au neutral:

(a) K ₂ CO ₃

(b) CaCl ₂

(c) KH ₂ PO ₄

(d) (NH ₄) ₂ CO ₃

Jibu:

(a) msingi; (b) neutral; (c) tindikali; (d) msingi

Ionization ya Ions Hydrated Metal

Tofauti na ioni za chuma za kikundi 1 na 2 za mifano iliyotangulia (Na ⁺, Ca ²⁺, nk), baadhi ya ions za chuma hufanya kazi kama asidi katika ufumbuzi wa maji. Ions hizi si tu loosely solvated na molekuli ya maji wakati kufutwa, badala yake covalently bonded na idadi fasta ya molekuli ya maji ili kuzalisha ion tata (tazama sura juu ya uratibu kemia). Kwa mfano, kuvunjwa kwa nitrate alumini katika maji ni kawaida kuwakilishwa kama

$$\text{Al}({\text{HAPANA}}_3)(s)\rightleftharpoons {\text{Al}}^3+(aq)+3{\text{HAPANA}}_3{}^{-}(aq)$$

Hata hivyo, ioni ya alumini (III) kweli humenyuka na molekuli sita za maji ili kuunda ioni tata imara, na hivyo uwakilishi wazi zaidi wa mchakato wa kuvunjwa ni

$$\text{Al}{({\text{HAPANA}}_3)}_3(s)+6{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons \text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}(aq)+3{\text{HAPANA}}_3{}^{\text{-}}(aq)$$

Kama inavyoonekana katika Kielelezo 14.13,$\text{Al}{({\text{H}}_{\text{2}}\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}$ ions huhusisha vifungo kati ya atomi ya kati ya Al na atomi O za molekuli sita za maji. Kwa hiyo, vifungo vya O-H vya maji vilivyounganishwa vina polar zaidi kuliko molekuli za maji zisizo na bonded, na kufanya molekuli zilizounganishwa zinaweza kukabiliwa na mchango wa ioni ya hidrojeni:

$$\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5(\text{O}{\text{H})}^{\mathrm{2+}}(aq)K_{\text{a}}=1.4\times {10}^{-5}$$

Msingi wa conjugate unaozalishwa na mchakato huu una molekuli nyingine tano za maji zinazoweza kutenda kama asidi, na hivyo uhamisho wa protoni au hatua kwa hatua inawezekana kama ilivyoonyeshwa katika milinganyo machache hapa chini:

$$\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5({\text{O}\text{H})}^{\mathrm{2+}}(aq)$$

$$\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5({\text{OH})}^{\mathrm{2+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_4({\text{OH})}_2{}^{\text{+}}(aq)$$

$$\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_4({\text{OH})}_2{}^{\text{+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_3({\text{OH})}_3(aq)$$

Hii ni mfano wa asidi ya poliprotic, mada ya majadiliano katika sehemu ya baadaye ya sura hii.

Kielelezo 14.13 Wakati ioni ya alumini inakabiliwa na maji, ioni ya alumini ya hidrati inakuwa asidi dhaifu.

Mbali na metali za alkali (kikundi 1) na metali za alkali za ardhi (kikundi cha 2), ions nyingine nyingi za chuma zitafanyika ionization ya asidi kwa kiasi fulani wakati wa kufutwa katika maji. Nguvu ya asidi ya ions hizi ngumu huongezeka kwa kuongezeka kwa malipo na kupungua kwa ukubwa wa ions za chuma. Hatua ya kwanza ya asidi ionization equations kwa ions nyingine chache chuma tindikali ni hapa chini:

Mfano 14.18

Hidrolisisi ya [Al (H ₂ O) ₆] ³⁺

Tumia pH ya ufumbuzi wa 0.10- M ya kloridi ya alumini, ambayo hupasuka kabisa kutoa ioni ya alumini ya hidrati${[\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6]}^{\mathrm{3+}}$katika suluhisho.

Suluhisho

Equation kwa mmenyuko na K _a ni:

$$\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}(aq)+{\text{H}}_2\text{O}(l)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5({\text{OH})}^{\text{2+}}(aq)K_{\text{a}}=1.4\times {10}^{-5}$$

Jedwali la ICE na taarifa iliyotolewa ni

Kubadilisha maneno kwa viwango vya usawa katika equation kwa mazao ya mara kwa mara ya ionization:

$$K_{\text{a}}=\frac{[{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}][\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5({\text{OH})}^{\mathrm{2+}}]}{[\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_6{}^{\mathrm{3+}}]}$$

$$=\frac{(x)(x)}{0.10-x}=1.4\times {10}^{-5}$$

Kutokana x <<<0.10 na kutatua equation kilichorahisishwa inatoa:

$$x=1.2\times {10}^{\mathrm{1-3}}M$$

Jedwali la ICE linafafanuliwa x kama sawa na mkusanyiko wa ioni ya hidronium, na hivyo pH inahesabiwa kuwa

$$[{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}]=0+x=1.2\times {10}^{\mathrm{1-3}}M$$

$$\text{pH}=\text{-logi}[{\text{H}}_3{\text{O}}^{\text{+}}]=2.92(\text{suluhisho la tindikali})$$

Angalia Kujifunza Yako

Ni nini$[\text{Al}{({\text{H}}_2\text{O})}_5({\text{OH})}^{\mathrm{2+}}]$katika ufumbuzi wa 0.15- M wa Al (NO _{3) 3} ambayo ina kutosha ya asidi kali HNO ₃ kuleta [H ₃ O ⁺] hadi 0.10 M?

Jibu:

2.1$\times$10 ^-5 M