දුබල අම්ල
හැඳින්වීම
- ජලීය ද්‍රාවණයකදී භාගිකව විඝටනය වී අදාල ජලීය ද්‍රාවණයක H+ අයන නිදහස් කරන්නාවු ස්වරූපයේ රසායනික ප්‍රභේද දුබල අම්ල ලෙස අර්ථ දැක්වේ. HA යන ඒක භාෂ්මික දුබල අම්ලය ජලීය ද්‍රාවණයක් තුළ විඝටනය වී H+ භාගික වශයෙන් නිදහස් කිරීමට අදාල ප්‍රෝටෝන හුවමාරු සමතුලිතය පහත පරිදි නිරූපනය කල හැක.
\begin{array}{l}{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\;+\;{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)}\;\;\rightleftharpoons\;{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\;+\;\mathrm A¯_{(\mathrm{aq})}\;\;\\{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\;\rightleftharpoons\;{\mathrm H^+}_{(\mathrm{aq})}\;+\;\mathrm A¯\;_{(\mathrm{aq})}\end{array}
උදා:
-
-
-
- CH3COOH
- HCN
- H2CO3
- HF
-
-
ඒ අනුව දුබල අම්ලයක ජලීය ද්‍රාවණයක් තුළ විඝටනය වූ දුබල අණු හේතුවෙන් ජනිතවන නිදහස් අයන මෙන්ම විඝටනය නොවූ දුබල අම්ල අණු ද එකිනෙක සමඟ ගතික සමතුලිතතාවයක පවතිනු ඇත.
ආම්ලික විඝටන නියතය (Ka)
- දුබල අම්ල අණු දෙකක ආම්ලික ප්‍රබලතා සන්සන්දනයටත් යම් කිසි දුබල අම්ලයක විඝටන ප්‍රතිශතය ප්‍රමාණාත්මකව දැක්වීමටත් ආම්ලික විඝටන නියතය භාවිතා කෙරේ.
- ආම්ලික විඝටන නියතය යන පදය අයණීකරණ නියතය හෙවත් විඝටන නියතය ලෙසද හැදින්වේ.
- HA යනු ඒක භාෂ්මික දුබල අම්ලය ජලීය ද්‍රාවණයක් තුළ සිදු කරන ලබන භාගික විඝටනය සලකමු.
{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\;+\;{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)}\rightleftharpoons\;\;{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\;\;+\;\;\mathrm A¯_{(\mathrm{aq})}
සමතුලිතතා නියමය යෙදීමෙන්,
\begin{array}{c}{\mathrm K}_{\mathrm c}=\frac{\left[{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\right]\left[{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\right]}{\left[{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)}\right]\left[{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\right]}\\\\{\mathrm K}_{\mathrm c}\;\left[{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)}\right]=\;\frac{\left[{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\right]\left[{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\right]}{\left[{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\right]}\end{array}
- ආරම්භක H2O(l) සාන්ද්‍රණය සමඟ සැසඳිමේදි HA හි කුඩා භාගික ප්‍රමාණයක් ජල විච්චේදන ප්‍රතික්‍රියාවට භාජනය වීම හේතුකොට ගෙන [H2O(l)] තුළ සිදුවන අඩුවීම නොගිනිය යුතු තරම් කුඩා වනු ඇත.එවිට,
\begin{array}{c}{\mathrm K}_{\mathrm c}\;\left[{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)}\right]=\;\mathrm K\;=\;\mathrm{නියතයක්}\;=\;\mathrm{Ka}\\\\{\mathrm K}_{\mathrm a}\;=\;\frac{\left[{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\right]\left[{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\right]}{\left[{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\right]}\end{array}
Ka අගය වැඩිවත්ම කිසියම් දුබල අම්ලයක ආම්ලික ප්‍රබලතාවය වැඩිවන අතර Ka අගය අඩු වත්ම කිසියම් දුබල අම්ලයක ආම්ලික ප්‍රබලතාවය අඩු වනු ඇත.
දුබල අම්ල සඳහා ඔස්වල්ඩ්ගේ තනුකකරණ නියමය
- ” නියත උෂ්ණත්වයේදී කිසියම් දුබල අම්ලයක විඝටන ප්‍රමාණය එහි සාන්ද්‍රණයේ වර්ගමූලයට ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික වේ.“
- HA යනු ඒක භාෂ්මික දුබල අම්ලයේ මවුල n ප්‍රමාණයක් පරිමාව Vdm-3 වන ජලීය ද්‍රාවණයක් තුළ භාගික විඝටනයෙන් සමතුලිතව පවතින අවස්ථාවක් සලකමු . තවද මවුල n ප්‍රමාණය Vපරිමාව තුළ ඇති විට දුබල අම්ලයේ සාන්ද්‍රණය C mol dm-3 යැයි ද,දුබල අම්ලයේ විඝටන නියතය Ka යැයි ද, එහි විඝටන ප්‍රමාණය 𝛼 යැයිද සිතමු.
\alpha\;\alpha\;\frac1{\sqrt C}
| HA(aq) + | H2O(l) ⇌ | H3O+(aq) | + A¯(aq) | |
| ආරම්භක මවුල | \mathrm n | – | – | |
| වැයවන මවුල | -\mathrm{nα} | +\mathrm{nα} |
+\mathrm{nα} |
|
| සමතුලිත මවුල | \mathrm n-\;\mathrm{nα} | \mathrm{nα} | \mathrm{nα} | |
| \mathrm n(1-\mathrm\alpha) | \mathrm{nα} | \mathrm{nα} | ||
| [සමතුලිත] | \frac{\mathrm n(1-\mathrm\alpha)}{\mathrm V} | \frac{\mathrm{nα}}{\mathrm V} | \frac{\mathrm{nα}}{\mathrm V} | |
| \mathrm C(1-\mathrm\alpha) | \mathrm{Cα} | \mathrm{Cα} |
(n÷V = C)
- ආම්ලික විඝටන නියතය සැලකීමෙන්,
\begin{array}{rcl}{\mathrm K}_{\mathrm a\;}&=&\frac{\left[{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\right]\left[{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\right]}{\left[{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\right]}\\&&\\&=&\frac{\left(\mathrm{Cα}\right)\left(\mathrm{Cα}\right)}{\mathrm C\left(1-\mathrm\alpha\right)}\\&&\\&=&\frac{\mathrm C^2\mathrm\alpha^2}{\mathrm C\left(1-\mathrm\alpha\right)}\\&&\\&=&\frac{\mathrm{Cα}^2}{\left(1-\mathrm\alpha\right)}\\&&\end{array}
- 𝛼 << 1 බැවින් (1-𝛼) ~ 1 යැයි සැලකිය හැක. එවිට,
\begin{array}{c}\mathrm{Ka}\;=\mathrm{Cα}^2\\\\\mathrm\alpha\;=\;\sqrt{\frac{\mathrm{Ka}}{\mathrm C}}\\\end{array}
- උෂ්ණත්වය නියතව පවතින තාක් Ka නියත බැවින් ka ද නියත අගයක් යැයි සැලකිය හැකි නිසා,
\begin{array}{l}\mathrm\alpha\;\;\;\mathrm\alpha\;\;\;\frac1{\sqrt{\mathrm C}}\\\\\\\\\\\\\\\end{array}
- මෙය ඔස්වල්ඩ්ගේ තනුකකරණ නියමය යි.
විශේෂ කරුණු
දුබල අම්ල ආශ්‍රිත ගැටළුවකදි අවශ්‍යතවය මත ව්‍යුත්පන්න කිරීමක් නැතිවද
\begin{array}{l}\mathrm{Ka}\;=\;\mathrm{Cα}^2\;\;\text{හා α = }\sqrt{\frac{\mathrm{Ka}}{\mathrm C}}\\\\\\\\\\\\\\\end{array}
යන සමීකරණ යෙදිය හැක.
දුබල අම්ල ද්‍රාවණයක pH අගය
- HA යනු ඒක භාෂ්මික දුබල අම්ලය ජලීය ද්‍රාවණයක් තුළ විඝටනය වීමෙන් ඇතිවන ප්‍රෝටෝන හුවමාරු සමතුලිතය සලකමු .
{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}+{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)}\overset{\mathrm{Ka}}\leftrightharpoons{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}+\mathrm A¯_{(\mathrm{aq})}
- සමතුලිතය සඳහා ඔස්වල්ඩ්ගේ තනුකකරණ නියමය යෙදීමෙන් අම්ලයේ ආරම්භක සාන්ද්‍රණය C mol dm-3 ද, අම්ලයේ විඝටන ප්‍රමාණය 𝛼 යැයි සැලකූ විට,
\begin{array}{l}\mathrm{Ka}\;=\;\mathrm{Cα}^2\;\;\text{හා α = }\sqrt{\frac{\mathrm{Ka}}{\mathrm C}}\\\end{array}
නමුත් ඔස්වල්ඩ්ගේ තනුකකරණ නියමයට අදාළ ඕනෑම සාධාරණ අවස්ථාවකදී අම්ලය විඝටනය හේතුකොටගෙන ජනිත වන [H3O+(aq)] ප්‍රකාශනාත්මකව C𝛼 යැයි සැලකිය හැක.
- (1)න් ,
\begin{array}{rcl}\left[{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\right]\;&=&\;\mathrm{Cα}\\&=&\;\mathrm C\left(\sqrt{\frac{\mathrm{Ka}}{\mathrm C}}\right)\\\left[{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\right]\;&=&\sqrt{\mathrm{KaC}}\\&&\\&&\\&&\\&&\\&&\\&&\\&&\\&&\end{array}
- pH අගය ගණනය කිරීම සඳහා වන ලඝුගණක සමීකරණය සැලකූ විට,
\begin{array}{rcl}\mathrm P^{\mathrm H}\;&=&\;-\log_{10\;\;}\left(\frac{\sqrt{\mathrm{KaC}}\;\mathrm{moldm}^{-3}}{1\;\mathrm{moldm}^{-3}}\right)\end{array}
- මෙම සමීකරණය බොහෝ රචනාමය ගැටළු වලදී ව්‍යුත්පන්න කර භාවිත කළ යුතු නමුත් කෙටි ප්‍රශ්න වලදී ඍජුවම භාවිතා කළ හැක.
දුබල අම්ල විඝටනය සඳහා හෙන්ඩර්සන් සමීකරණය
සටහන 01:
දුබල අම්ල වල විඝටනය සඳහා වන හෙන්ඩර්සන් සමීකරණය
භාගික වශයෙන් විඝටනය වන දුබල අම්ලයක pH අගය ඍජුවම ගණනය කිරිම සදහා හෙන්ඩර්සන් සමීකරණය ව්‍යුත්පන්න කර ඇත.
HA යනු ඒක භෂ්මික දුබල අම්ලය ජලීය ද්‍රාවණයක් තුළ ඇතිකර ගන්නා ප්‍රෝටෝන හුවමාරු භාගික විඝටන සමතුලිතය සලකමු .
\mathrm{pH}\;=\;\;\mathrm{pKa}\;\;\;\;+\;\;\;\frac{\log\;\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}\;
හෝ
\mathrm{pH}\;=\;\;\mathrm{pKa}\;\;+\;\;\log\;\;\frac{\lbrack\;\mathrm{සංයුග්මක}\;\mathrm{භස්මය}\;\rbrack}{\lbrack\mathrm{අම්ලය}\rbrack}\;
{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})\;}\;+\;{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm l)\;}\;⥧\;\;{\mathrm H}_3\mathrm O^+\;_{(\mathrm{aq})\;}\;+\;\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}
ආම්ලික විඝටනය නියතය සැලකීමෙන් ,
\mathrm{Ka}\;=\;\frac{\lbrack{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\rbrack\;\lbrack{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}\;\;\;------\boxed2
(1) හි දෙපසම 10 පාදයට -log සැලකූ විට,
-\log_{10}\mathrm{Ka}\;\;=\;-\log_{10\;}\frac{\lbrack{\mathrm H}_3\mathrm O^+\;_{(\mathrm{aq})}\rbrack\;\;\;\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\rbrack}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}
-\log_{10}\mathrm{Ka}=-\log_{10}\lbrack{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\rbrack\;+\;\log_{10}\;\;\frac{\lbrack\mathrm A^-\;(\mathrm{aq})\rbrack\;\;}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}
-\log_{10}\mathrm{Ka}=-\log_{10}\lbrack{\mathrm H}_3{\mathrm O^+}_{(\mathrm{aq})}\rbrack\;+\;\begin{bmatrix}-\log_{10}&\frac{\lbrack\mathrm A^-(\mathrm{aq})\rbrack}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}\end{bmatrix}
\mathrm{pKa}\;\;=\;\;\mathrm{pH}\;\;-\;\log10\frac{\lbrack\mathrm A^-(\mathrm{aq})\rbrack}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}
\boxed{\mathrm{pH}\;=\;\;\mathrm{pKa}\;\;\;+\;\;\;\log_{10}\frac{\lbrack{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})\;}\rbrack}{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}}
මෙය දුබල අම්ල සදහා හෙන්ඩර්සන් සමීකරණය යි.
ඉහත ක්‍රම දෙකම මඟින් pH අගය ගණනය කළ හැක.
දුබල අම්ලයක් අනුමාපනයේදී සමකතා ලක්ෂයේ pH අගය ගණනය කිරීම .
- ප්‍රභල අම්ලයක් විසින් සාදන ද්‍රාවණයක් උදාසීනකරණය කිරීමේදි සමකතා ලක්ෂයට අදාළව pH අගය ජලයේ විඝටනයෙන් ජනිතවන H+ හෝ OH¯ සාන්ද්‍රණයට අනුරූප වේ.
- නමුත් දුබල අම්ලයක් උදාසීනකරණය වීමෙන් සමකතා ලක්ෂයට එළඹීම වෙනස් මඟක් ගනු ලබයි.
උදා: HA යනු ඒක භාෂ්මික දුබල අම්ලයේ සාම්පලයක් NaOH මඟින් හරියටම උදාසීනකරණයෙන් සමකතා ලක්ෂයට එළඹෙන අවස්ථාව සලකමු.
{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}+\;{\mathrm{NaOH}}_{(\mathrm{aq})}\;\rightarrow\;{\mathrm{NaA}}_{(\mathrm{aq})}\;\;+\;{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm{aq})}
{\mathrm{NaA}}_{(\mathrm{aq})}\;\rightarrow\;{\mathrm A^{-\;}}_{(\mathrm{aq})}\;+\;{\mathrm{Na}^+}_{(\mathrm{aq})}
\mathrm A¯_{(\mathrm{aq})}+\;{\mathrm H}_2{\mathrm O}_{(\mathrm{aq})\;}\overset{{\mathrm K}_{\mathrm b}}\leftrightharpoons\;{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\;\;+\;{\mathrm{OH}^-}_{(\mathrm{aq})}
A¯(aq) හි භාෂ්මික විඝටන නියතය සැලකීමෙන්,
{\mathrm K}_{\mathrm b}\;=\frac{\lbrack{\mathrm{HA}}_{(\mathrm{aq})}\rbrack\;\lbrack\mathrm{OH}^-\;_{(\mathrm{aq})}\rbrack}{\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\rbrack}\;
නමුත් [HA] = [OH–] නිසා,
{\mathrm K}_{\mathrm b}\;\;=\;\frac{\lbrack\mathrm{OH}^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack\;^2}{\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\rbrack\;\;\;\;}\;\;\;------\boxed1
HA හි ආම්ලික විඝටන නියතය Ka යැයි සැලකූ විට A– යනු HA හි සංයුග්මක භෂ්මය බැවින් Ka× Kb = Kw යැයි ගෙන එවිට (1) න්,
\frac{{\mathrm K}_{\mathrm w\;}\;}{{\mathrm K}_{\mathrm a}}\;=\;\frac{\lbrack\mathrm{OH}^-\;_{(\mathrm{aq})\;}\rbrack^{\;2}}{\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack}
දෙපසට 10 පාදයේ ලඝුගනකයේ – වටිනාකම සැලකීමෙන්,
-\log_{10}\;\frac{{\mathrm K}_{\mathrm w}\;\;}{{\mathrm K}_{\mathrm a}\;}\;=\;-\;\log_{10}\;\;\frac{\lbrack\mathrm{OH}^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack\;^2}{\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack}\;
-\;\log_{10}\;{\mathrm K}_{\mathrm w\;}\;-\;(\;-\log_{10}\;{\mathrm K}_{\mathrm a}\;)\;\;=\;-2\;\log_{10}\;\lbrack\mathrm{OH}^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack\;\;-\;(-\;\log_{10}\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack\;)
{\mathrm{pK}}_{\mathrm w\;}\;-\;\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a\;}\;=\;2\;\mathrm{pOH}\;\;+\;\;\log_{10}\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack
{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;\;=\;\;\;\mathrm{pH}\;\;\;+\;\;\;\mathrm{pOH}
{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;-\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a}\;\;=\;2\;(\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;-\;\mathrm{pH}\;)\;\;+\;\;\log_{10}\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack
{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;\;-\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a}\;\;-\;\;\log_{10}\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack\;\;\;=\;\;2{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;\;-\;2\mathrm{pH}
2\;\mathrm{pH}\;\;=\;2\;\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm w\;}\;-\;\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;\;+\;\;\;\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a}\;+\;\;\log_{10}\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack
2\mathrm{pH}\;=\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;+\;\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a\;}+\;\;\log_{10}\lbrack\mathrm A^-\;_{(\mathrm{aq})}\;\rbrack
\mathrm{pH}=\frac12{{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;+\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a}\;+\;\log_{10}\lbrack{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}
\boxed{\mathrm{pH}=\frac12{{\mathrm{pK}}_{\mathrm w}\;+\;{\mathrm{pK}}_{\mathrm a}\;+\;\log_{10}\lbrack{\mathrm A^-}_{(\mathrm{aq})}\rbrack}}
ඉදිරියේදී ප්‍රශ්න ඇතුලත් වන්නේ මෙතනටයි.
