Τι είναι η σταθερά διάστασης;

Η σταθερά διάστασης είναι ένα μέτρο του πόσο εύκολα μια ένωση θα διασπαστεί σε ιόντα όταν προστεθεί σε έναν διαλύτη. Οι ενώσεις που έχουν υψηλή σταθερά διάστασης ευνοούν τη δεξιά πλευρά της ισορροπίας, δηλαδή το σχηματισμό ιόντων. Η πιο κοινή χρήση των σταθερών διάστασης είναι ο προσδιορισμός της ισχύος των οξέων και των βάσεων σε υδατικά διαλύματα.

Ο Johannes Nicolaus Brønsted και ο Thomas Martin Lowry όρισαν τα οξέα ως δότες πρωτονίων και τις βάσεις ως δέκτες πρωτονίων. Όταν προστίθεται στο νερό, μια όξινη ένωση ιονίζεται εύκολα, δίνοντας ένα θετικά φορτισμένο άτομο υδρογόνου ή πρωτόνιο. Η ισχύς του οξέος που σχηματίζεται σχετίζεται με τη σταθερότητα του ιόντος που σχηματίζεται όταν δίνεται το άτομο υδρογόνου.

Ένα οξύ του γενικού τύπου HA θα διαχωριστεί στο νερό όπως περιγράφεται από την εξίσωση HA + H2O -> H+(aq) + A-(aq), όπου H2O είναι νερό, H+ είναι ένα θετικά φορτισμένο ιόν υδρογόνου, που ονομάζεται επίσης πρωτόνιο, και Α- είναι το αρνητικό ιόν που σχηματίζεται όταν δίνεται το πρωτόνιο. Η σταθερά διάστασης οξέος Ka είναι ίση με [H+][A-]/[HA], όπου οι αγκύλες δηλώνουν τις συγκεντρώσεις των αντίστοιχων ενώσεων ή ιόντων. Τα ισχυρά οξέα ευνοούν το δεξί μέρος αυτής της εξίσωσης και τα αδύναμα οξέα, όπως το οξικό οξύ, θα διαχωριστούν ελάχιστα, πράγμα που σημαίνει ότι ευνοούν την αριστερή πλευρά της εξίσωσης.

Όταν προστίθεται στο νερό, το υδροχλώριο διασπάται εύκολα για να σχηματίσει υδροχλωρικό οξύ. Η τιμή Ka για το υδροχλωρικό οξύ είναι μεταξύ 106 moles ανά λίτρο και 107 moles ανά λίτρο. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχουν εκατοντάδες χιλιάδες περισσότερα διασπαρμένα ιόντα από τα μη διασπασμένα μόρια στο υδροχλωρικό οξύ. Η μέτρηση της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου σε ένα διάλυμα είναι μια άλλη μέθοδος μέτρησης της ισχύος του οξέος. Αυτό ονομάζεται υδρογόνο potenz (pH) και δίνεται από την εξίσωση pH=-log10[H+]. Ισχυρά όξινα διαλύματα με υψηλή συγκέντρωση Η+ έχουν χαμηλό pH.

Το νερό έχει επίσης όξινες ιδιότητες, αν και πολύ λιγότερες από το υδροχλωρικό οξύ ή ακόμα και το οξικό οξύ. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός διαλύματος εξαρτάται από την παρουσία ιόντων μέσα σε αυτό το διάλυμα, επομένως η ισχύς ενός οξέος μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας την αγωγιμότητά του χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια. Επομένως, το εντελώς καθαρό, απεσταγμένο νερό θα πρέπει να είναι μη αγώγιμο, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το νερό θα αυτοδιασπαστεί για να σχηματίσει ιόντα υδρογόνου και υδροξειδίου. Αυτή η διάσταση είναι πολύ ασθενής και ονομάζεται ιοντικό γινόμενο του νερού, KW.

Μια ανάλογη σταθερά σχέσης υπάρχει για να περιγράψει την αντοχή των βάσεων. Μια γενική βάση, Β, θα προκαλέσει τη διάσπαση του νερού για να σχηματίσει ιόντα υδροξειδίου ΒΗ+ και ΟΗ-. Η ισχύς αυτής της βάσης δίνεται από τη σταθερά διάστασης βάσης Kb, η οποία είναι ίση με [BH+][OH-]/[B]. Η αντοχή της βάσης εξαρτάται από τη σταθερότητα του ιόντος ΒΗ+. Το υδροξείδιο του νατρίου ή το υδροξείδιο του καλίου σχηματίζουν πολύ σταθερές βάσεις και επομένως έχουν υψηλές τιμές για Kb.