B6.3 Syrestyrke
Saltsyre i maven og ethansyre i eddike kan have samme koncentration, men de er langt fra lige sure. Forskellen ligger i, hvor villigt syren giver sin hydron fra sig. Det kan man sætte et tal på.
Syrestyrkekonstanten
En syre, S, reagerer med vand og danner sin korresponderende base, B, og en oxoniumion:
S(aq) + H2O(l) ⇌ B(aq) + H3O+(aq)
Reaktionen er en ligevægt, og ligevægtsloven fra afsnit B2.2 gælder. Vand er opløsningsmidlet og er ikke med i brøken. Ligevægtskonstanten kaldes syrestyrkekonstanten, Ks:
\[ K_\mathrm{s} = \frac{[\mathrm{B}] \cdot [\mathrm{H_3O^+}]}{[\mathrm{S}]} \]
Enheden er M. For ethansyre ser udtrykket sådan ud:
\[ K_\mathrm{s} = \frac{[\mathrm{CH_3COO^-}] \cdot [\mathrm{H_3O^+}]}{[\mathrm{CH_3COOH}]} = 1{,}74 \cdot 10^{-5}\ \mathrm{M} \]
Jo større Ks er, jo længere ligger ligevægten mod højre, og jo stærkere er syren.
Fra Ks til pKs
Syrestyrkekonstanter er besværlige tal med mange tierpotenser. Derfor bruger man tit syrestyrkeeksponenten, pKs. Den dannes på samme måde som pH:
\[ \mathrm{p}K_\mathrm{s} = -\log K_\mathrm{s} \qquad\qquad K_\mathrm{s} = 10^{-\mathrm{p}K_\mathrm{s}}\ \mathrm{M} \]
For ethansyre er pKs = −log(1,74 · 10−5) = 4,76.
En stor Ks giver en lille pKs. Jo lavere pKs er, jo stærkere er syren. Én enhed i pKs svarer til en faktor 10 i Ks.
Stærke, middelstærke og svage syrer
Syrerne inddeles efter deres pKs.
| Syre | Formel | Ks | pKs | Slags |
|---|---|---|---|---|
| saltsyre | HCl | 1 · 107 M | −7 | stærk |
| salpetersyre | HNO3 | 25 M | −1,4 | stærk |
| phosphorsyre | H3PO4 | 7,1 · 10−3 M | 2,15 | middelstærk |
| hydrogenfluorid | HF | 6,8 · 10−4 M | 3,17 | middelstærk |
| methansyre | HCOOH | 1,8 · 10−4 M | 3,75 | middelstærk |
| mælkesyre | CH3CH(OH)COOH | 1,4 · 10−4 M | 3,86 | middelstærk |
| ascorbinsyre | C6H8O6 | 6,8 · 10−5 M | 4,17 | svag |
| ethansyre | CH3COOH | 1,7 · 10−5 M | 4,76 | svag |
| kulsyre | H2CO3 | 4,5 · 10−7 M | 6,35 | svag |
| ammonium | NH4+ | 5,6 · 10−10 M | 9,25 | svag |
| hydrogencarbonat | HCO3− | 4,7 · 10−11 M | 10,33 | meget svag |
For de polyhydrone syrer gælder tallet det første trin, hvor syren afgiver sin første hydron.
En stærk syre har pKs under 0. Den reagerer fuldstændigt med vand, så der ingen hele syremolekyler er tilbage. En svag syre har pKs mellem 4 og 10, og kun en lille del af molekylerne har afgivet deres hydron. De middelstærke syrer ligger imellem.
Formel og aktuel koncentration
For en svag syre skal man holde to koncentrationer ude fra hinanden. Du kender dem fra afsnit 5.2 i bogen til C-niveau.
- Den formelle koncentration, cs, er den koncentration, syren ville have, hvis ingen molekyler havde reageret. Det er den, der står på flasken.
- Den aktuelle koncentration, [S], er koncentrationen af de syremolekyler, der faktisk er i opløsningen ved ligevægt.
Den del af syren, der har reageret, er blevet til base. Derfor er
\[ [\mathrm{S}] = c_\mathrm{s} - [\mathrm{B}] \]
Omdannelsesgraden, α, er den brøkdel af syren, der har afgivet sin hydron:
\[ \alpha = \frac{[\mathrm{B}]}{c_\mathrm{s}} \]
For en stærk syre er α = 1, altså 100 %. For en svag syre er α kun nogle få procent. I ældre bøger hedder omdannelsesgraden hydronolysegraden eller protolysegraden.
Fra målt pH til Ks
Syrestyrkekonstanten kan bestemmes i laboratoriet. Man fremstiller en opløsning af syren med en kendt formel koncentration og måler pH.
En lille fejl i pH-målingen giver en stor fejl i Ks, fordi pH står i eksponenten. Måler pH-metret 0,05 for højt, bliver Ks omkring 20 % for lille. Derfor måler man på flere koncentrationer og tager gennemsnittet.
Fortynding øger omdannelsesgraden
Ks er en konstant, men det er omdannelsesgraden ikke. Den afhænger af koncentrationen.
Når opløsningen fortyndes, forskydes ligevægten mod højre, og en større del af syren afgiver sin hydron. Det er samme regel som i afsnit B2.6: ved fortynding går reaktionen mod den side, der har flest opløste partikler. Alligevel stiger pH ved fortynding, fordi der bliver længere mellem oxoniumionerne.
Prøv selv: Fra Ks til pKs: træn omregningen mellem Ks og pKs.