1. No category

Protolyysi II
Heikot hapot ja emäkset
Heikot hapot ja emäkset
•  Protolyysi ei tapahdu täydellisesti
•  Hapon ja sen emäksen (tai toisinpäin) suhteen
liuoksessa määrää liuoksen pH
•  Myös heikko happo tai emäs voi olla
moniarvoinen, esim. fosforihappo.
•  Heikkojen happojen ja emästen laskut ovat
tasapainolaskuja, joissa tulee käyttää
kaksisuuntaista nuolta ⇌ •  Laskutoimituksissa tiedettävä happo- tai
emäsvakio
Happo-/emäsvakio Ka/Kb
• 
Protoninsiirtoreaktioille voidaan laskea tasapainovakio, kuten muillekin reaktioille
HA + B ⇌ A-­‐ + HB+ • 
Vesiliuoksissa veden konsentraatio pysyy lähes vakiona, jolloin voidaan kirjoittaa
happovakio Ka tai emäsvakio Kb
HA + H2O ⇌ A-­‐ + H3O+ • 
B + H2O ⇌ HB+ + OH-­‐ Happo- tai emäsvakio voidaan kirjoittaa myös logaritmisessa muodossa!
Heikot hapot
c(alku)
c(tasapaino)
HA
1
1 - X
+
H2O
happovakion avulla ratkaistaan X: [H3O+] = X pH = -­‐lg[H3O+] ⇌
A-
0
X
+
H3O+
0
X
Mitä Ka kertoo?
•  Mitä suurempi Ka, sitä enemmän reaktion
tasapaino on oikealla à vahvempi happo
•  Huom! Mitä suurempi pKa, sitä heikompi
happo
•  Johtuu pKa:n määritelmästä (kuten pH:n
”nurinkurisuus”)
Heikot emäkset
•  Voidaan laskea, kuten heikkojen happojen laskut
käyttämällä emäsvakiota Kb
•  EI kuitenkaan voida laskea konjugaattihapon
protolyysinä, vaikkakin emäksen vahvuutta
voidaan kuvata myös Ka:lla.
•  Esim.
•  NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- (emäsreaktio)
•  NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+ (happoreaktio)
Esimerkki
”Laske 0,15 M etikkahapon pH. Kirjoita myös
protolyysireaktio. Etikkahapon pKa = 4,74. Laske
myös 0,15 M natriumasetaattiliuoksen pH ja
kirjoita protolyysireaktio. ”
Protolysoitumisaste
•  Heikon happo- tai emäsliuoksen pH voidaan
laskea myös protolysoitumisasteen avulla.
•  Prosenttiosuus, kuinka paljon haposta/
emäksestä protolysoituu vesiliuoksessa
•  Voidaan laskea Ka/Kb:n avulla
Esimerkki
”Määritä protolysoitumisaste 0,1 M
muurahaishapolle (metaanihappo), kun sen pKa
on 3,8.”
”Mikä on ammoniakkikonsentraatio silloin, kun
sen protolysoitumisaste on 4,3%? pKb = 4,7”
Happo- ja emäsmuodon suhde
•  Joskus on hyödyllistä tarkastella happo- ja
emäsmuodon suhdetta tietyssä pH:ssa. (esim.
biomolekyylit fysiologisessa pH:ssa)
•  Voidaan määrittää suoraan pKa:n ja pH:n avulla
•  Happovakion lausekkeesta voidaan johtaa
Henderson-Hasselbach-yhtälö, jonka ”ei
logaritminen” muoto löytyy lukiokirjoista.
•  Käytännössä: voidaan helposti tarkistaa, missä
muodossa jokin happo/emäs on tietyllä pH-alueella.
•  Ka:n lausekkeesta (tai HH) voidaan johtaa myös
happo- tai emäsmuodon prosenttiosuuksille kaavat
Heikot moniarvoiset hapot
•  Esim. fosforihappo H3PO4
•  Jokaiselle protolyysin vaiheelle voidaan
määrittää omat happovakiot.
•  Usein toinen tai kolmas protolyysi ovat niin
heikkoja, etteivät ne juurikaan vaikuta
merkitseviin numeroihin (poikkeuksia löytyy,
esim. laimeat liuokset)
•  Myös vahvojen happojen esim. H2SO4 toinen
protolyysi voi olla heikko
Esimerkki
”Laske fosforihapon eri muotojen suhteet
fysiologisessa pH:ssa, kun pKa1= 2,1, pKa2=7,2 ja
pKa3=12,7”
Approksimointi
•  Joskus heikkojen happojen laskuissa voidaan käyttää
ns. oikoreittiä
•  X eli [H3O+] << hapon alkukonsentraatio
•  Yleisemmin X << luku, josta se vähennetään
•  Ei saa näkyä lopullisessa pyöristetyssä vastauksessa
•  Tarkista approksimaation oikeellisuus jakamalla X
luvulla, josta se vähennettiin (kirjallisuudessa ~5% on
vielä hyväksyttävä)
•  ÄLÄ APPROKSIMOI, jos olet epävarma tai kun aikaa on
laskea myös koko lasku!
Neutraloituminen
•  Happo ja emäs reagoivat muodostaen suolaa ja vettä
esim. HCl + NaOH à NaCl + H2O
•  Hapan liuos voidaan siis neutraloida (pH = 7) lisäämällä
siihen yhtä paljon vastaavaa emästä.
•  Usein kysytään pH:ta, kun toista on ylimäärä.
•  Sääntöjä neutraloitumiselle:
– 
– 
– 
– 
Vahva happo + vahva emäs = neutraali
Vahva happo + heikko emäs = hapan liuos
Vahva emäs + heikko happo = emäksinen liuos
Heikko happo + heikko emäs = suhteellinen vahvuus määrää
lopullisen pH:n eli jos Ka > Kb à hapan liuos ja toisinpäin
Kertaava esimerkki
”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2
diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm.
antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä.
Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27”
a) Piirrä oksaalihapon täydellinen rakennekaava
HOOCCOOH
Kertaava esimerkki
”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2
diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm.
antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä.
Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27”
b) Kirjoita protolyysireaktiot oksaalihapolle
HOOCCOOH + H2O ⇌ -OOCCOOH + H3O+
-OOCCOOH
+ H2O ⇌ -OOCCOO- + H3O+
Kertaava esimerkki
”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2
diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm.
antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä.
Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27”
c) Mikä on antikoagulantti ja miksi verinäyte
pitäisi käsitellä sillä?
•  Antikoagulantti on aine, joka estää veren
hyytymisen. Kun verinäytä käsitellään
antikoagulantilla, kalsium saostuu ja estää
veren hyytymistekijöiden aktivaation
Kertaava esimerkki
”Etaanidihappo eli oksaalihappo C2O4H2
diproottinen happo, jota voidaan käyttää mm.
antikoagulanttina verinäytteiden käsittelyssä.
Oksaalihapon pKa1=1,27 ja pKa2=4,27”
d) Laske oksaalihapon kaikkien muotojen
prosenttiosuudet fysiologisessa pH:ssa