布朗斯特-勞里酸鹼理論中,弱鹼指在水溶液中不完全電離,意即質子化反應不完全。一般鹼的pH值範圍為7~14,其中7為中性,14則為強鹼性,可通過以下公式計算:

相對強鹼而言,弱鹼從水分子接受質子的能力較差,因而溶液中H+濃度更高,pH值較低。

鹼陰離子的電離平衡不涉及H+,通常以OH離子濃度先計算pOH:

共軛酸(如NH4+)與共軛鹼(如NH3)的酸鹼平衡式相乘,得到:

由於,因此

等式兩邊同時取對數,得:

最後等式兩邊同乘-1,結果為:

pH值可由已知的pOH值代入下式計算:

pH = pKw - pOH,pKw = 14.00

弱酸類似,弱鹼在水中也存在電離平衡,其反應平衡常數稱作Kb,可作為鹼強弱的量度。強鹼電離過程完全,Kb值也較大。弱鹼,如在溶於水時存在下列平衡:

pH值計算涉及的H+濃度與OH濃度通過水的離子積聯繫起來,Kw = 1.0x10−14,見水的自偶電離。強鹼中H+濃度較低,即OH濃度更高,Kb更大。

反應平衡

通常以鹼的共軛酸百分比來描述弱鹼的鹼性強弱。若共軛酸濃度更大,則表明pH值更大,若更小則相反。弱鹼的共軛酸濃度通常較低。

酸鹼平衡式為:

 ,B表示鹼
 

式中[B]initial表示假想的反應發生前鹼的摩爾濃度。

例子

計算0.20 mol/L吡啶水溶液的pH及酸型所佔的百分比,吡啶:C5H5N,Kb為1.8 x 10−9

首先寫出酸鹼平衡反應式:

 
 

濃度列表,單位為mol/L:

C5H5N C5H6N+ OH
初始濃度 0.20 0 0
濃度變化量 -x +x +x
平衡濃度 0.20 -x x x
將平衡濃度代入Kb計算式  
假設x很小,可以忽略  
解出x  
檢驗 x << 0.20 的假設是否正確  ;因此近似可行
由pOH = -log [OH],[OH]=x計算pOH  
由pH = pKw - pOH  
由[HB+] = x,[B]initial = 0.20計算酸型的百分比  

即,有0.0095%的吡啶以共軛酸C5H6N+的形式存在。

常見的弱鹼

參見

參考資料

  • Atkins, Peter, and Loretta Jones. Chemical Principles: The Quest for Insight, 3rd Ed., New York: W.H. Freeman, 2005.

外部連結