Определяне на равновесното състояние с помощта на стойностите на pKa

Вече видяхме какъв е механизмът на тази реакция на неутрализация във видеото "Механизъм на реакциите с органични киселини". Но искам още веднъж много бързо да я разгледаме. Тук отляво имаме оцетна киселина, която ще действа като киселина, а тук имаме хидроксид, който е нашата основа. Основата ще присъедини този протон от киселината, като електроните ще останат при кислорода, и ще получим ацетатен анион. Когато ОН– присъедини протона, ще получим Н2О. Това са двата продукта. Сега да видим обратната реакция. Ацетатният анион действа като основа, той приема този протон от водата, като оставя тези електрони. Така получаваме отново оцетна киселина и хидроксид. При обратната реакция ацетатният анион действа като основа, а водата действа като киселина. Значи тя отдава един протон. Как можем да намерим равновесната константа за правата реакция? Каква е равновесната константа за правата реакция? Тя ще бъде всичко отляво, това са изходните вещества, и всичко отдясно, което са нашите продукти. Можем да определим това само като използваме стойностите за рКа. Знаем стойностите на рКа за тези две киселини в процеса, така че можем да намерим равновесната константа за реакцията. Трябва ни рКа за киселината отляво. Вече знаем, че оцетната киселина е киселината отляво, а тя има рКа... този протон тук има рКа приблизително равно на пет. Отдясно какво действа като киселина? Естествено, че това е водата. Какво е рКа на този протон от водата? рКа е приблизително 16. Така че заместваме това в нашето уравнение. Значи рКeq за правата реакция е равно на рКа на киселината отляво, което е приблизително 5, минус рКа на киселината отдясно, което е приблизително 16. Пет минус 16 дава рКеq = –11. Как можем да намерим Keq от рКеq? Можем да го намерим, защото знаем от общата химия, че рKeq е равно на отрицателен десетичен логаритъм от Keq. За да намерим Keq първо трябва да поставим отрицателен знак отляво, така че получаваме –рKeq е равно на log от Keq. Как можем да се отървем от десетичния логаритъм? Представяме двете страни като 10 на степен. Ако представим двете страни като 10 на степен, изчезва логаритъмът, и така получаваме, че Keq е равно на 10^(–рKeq). Намираме рKeq и просто го заместваме в уравнението. Така получаваме, че Keq... ще сложа това тук... Keq е равно на 10 на степен минус... Този минус, който слагам тук, е този отрицателен знак, 10^(–рKeq) което е минус 11, така че получаваме 10 на степен минус –11. Което е равно на 10^11. Значи равновесната константа за правата реакция е равна на 10^11. И знаем от общата химия какво означава това. Знаем, че когато К е много по-голямо от едно, тогава равновесието е по посока на продуктите, а не на реагентите. Значи равновесието е надясно, и имаме повече продукти, отколкото изходни вещества. Ако искаш да направиш това по по-бърз начин, ако искаш бързо да разбереш в коя посока се намира равновесието, просто поглеждаш стойностите на рКа, ще се върна тук горе, и виждаш, че отляво има пет, а отдясно е 16. Сега определихме, че равновесието е надясно, следователно равновесието е в тази страна, в която киселината има по-висока стойност на рКа. Значи равновесието е там, където е по-слабата киселина. Това е бърз начин за определяне на равновесието от стойностите на рКа. Има и един друг механизъм на реакции с органични киселини, който видяхме по-рано. Ацетонът вляво действа като основа и привлича един протон от Н3О+, това е хидроний, а тези електрони остават при кислорода. Така че хидроният действа като киселина. Ако присъединим протон към ацетона, получаваме това, това е спрегнатата киселина на ацетона. И когато отнемем един Н+ от хидрония, остава вода, така че водата е спрегнатата основа на Н3О+. При обратната реакция, ако водата действа като основа, водата ще присъедини този протон, като електроните остават при кислорода, и се получава отново ацетон, и се образува хидроний, Н3О+. За да можем да предскажем къде лежи равновесието от рКа, трябва да намерим стойността на рКа за киселината отляво и от нея да извадим стойността на рКа за киселината отдясно. Киселината отляво е хидроният, а той има рКа приблизително равно на –2. Киселината отдясно е ето това и стойността на рКа за този протон е приблизително –3. За да намерим рКеq за правата реакция, което означава, че отляво са реагиращите вещества, а отдясно са продуктите. рКеq е равно на рКа на киселината отляво, което е –2, минус рКа на киселината отдясно, което е –3. –2 минус –3 е равно на +1. рКеq за правата реакция е +1. Знаем как да намерим Кеq от предишния пример, където видяхме, че Кеq е равно на 10^(–рКеq). Така че заместваме рКеq, което е 1. И получаваме, че Кеq на правата реакция е равно на 10^(–1). Следователно К е по-малко от едно, а ние знаем какво означава К < 1. Това означава, че при равновесие имаме повече изходни вещества, отколкото продукти. Така че равновесието лежи вляво. И имаме повече реагенти, отколкото продукти при равновесие. Можем ли да определим това по по-кратък път? Можем да определим мястото на равновесието, като погледнем стойностите на рКа и кажем: "Отляво имаме –2, отдясно –3." Знаем, че равновесието е там, където киселината има по-висока стойност за рКа, то благоприятства образуването на киселината с по-висока стойност на рКа. Тук е малко подвеждащо, защото имаме две отрицателни стойности за рКа. Но –2 е по-близо до нула от –3, така че –2 е по-висока стойност на рКа. И равновесието благоприятства образуването на киселината с по-висока стойност на рКа. Равновесието благоприятства получаването на по-слабата киселина. Значи равновесието е наляво. Повтарям, това е по-бърз начин за определяне на положението на равновесието въз основа на стойностите за рКа.