15.7 : 약산 용액

시안화 수소산과 같은 약산은 물 분자에 양성자를 기증하고 하이드로늄 이온을 생성하기 때문에 브뢴스테드산입니다. 약산은 산 해리 상수인 Ka에 따라 물에서 부분적으로 해리되며 이는 시안화 수소산의 경우 4.9 10⁻¹⁰입니다. 시안화 수소산의 경우 Ka는 하이드로늄의 농도와 시안화 이온의 농도를 곱하고 시안화 수소산의 농도로 나눈 값과 같습니다.

산 해리 상수 Ka를 사용하여 약산성 용액에서 하이드로늄 이온 농도와 결과적으로 용액의 pH를 결정할 수 있습니다. 하이드로늄 이온의 농도와 0.15 몰 시안화 수소산 용액의 pH는 평형식과 ICE 표를 사용하여 계산할 수 있습니다. 초기 상태에서 그리고 평형 상태에서 시안화 수소산, 하이드로늄, 그리고 시안화물의 농도는 각각의 분자의 초기 농도, 변화된 농도, 평형 농도를 보여주는 표에서 나타낼 수 있습니다.

평형에 도달하기 위해 몰 비율에 따라 생성물의 초기 농도가 증가할 때 반응물의 초기 농도는 감소합니다. 반응물과 생성물에서 농도 변화는 x로 표시됩니다. Ka의 식에 평형 농도를 대입하고 x 곱하기 x를 0.15로 나누고 x를 뺍니다.

많은 약산에서 해리의 양인 x는 초기 농도인 0.15 몰에 비해 매우 작을 가능성이 있습니다. 0.15 빼기 x는 약 0.15로 가정할 수 있습니다. 방정식을 풀면 x는 8.6 10⁻⁶ 몰과 같습니다.

근사치인 0.15 빼기 x는 0.15와 같으며 x가 0.15 몰의 5%미만인 경우에만 유효합니다. 여기서 x는 0.15 몰의 0.0057 퍼센트이므로 이 근사치는 유효합니다. 따라서 하이드로늄의 농도는 8.6 10⁻⁶ 몰입니다.

pH를 결정하기 위해 하이드로늄 이온 농도의 마이너스 로그를 취합니다. 이를 풀면 0.15 몰농도 히드록시아니산 용액의 pH가 5.07임을 알 수 있습니다. 용액의 pH는 약산의 Ka를 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

예를 들어 아세트산은 물에 용해될 때 부분적으로 하이드로늄 이온과 아세테이트 이온으로 해리됩니다. 아세트산의 K는 하이드로늄 이온 농도와 아세트 이온 농도를 곱하고 아세트 산의 농도로 나눈 값으로 표현할 수 있습니다. 0.20 몰의 아세트산 용액의 pH가 2.72일 경우 그것의 하이드로늄 농도를 계산할 수 있으며 이 값은 1.9 10⁻³ 몰입니다.

ICE 표는 아세트산, 하이드로늄 이온 아세테이트 이온의 초기 농도 및 평형 농도로 구성될 수 있습니다. 유효 숫자를 사용하면 0.20 빼기 1.9 10⁻³는 기본적으로 0.20과 같습니다. Ka 식에 평형 값을 대입하면 Ka는 1.8 10⁻⁵와 같습니다.