Anna Kołodziej	Rok III
Wyznaczanie stałej dysocjacji kwasu mlekowego metodą potencjometryczną	12. 11. 2004
Podpis i uwagi:	Oddanie sprzętu

• Część teoretyczna

Pierwsze pojęcie kwasu zawdzięczamy Boyle'owi który określił że kwasem jest substancja, której wodny roztwór ma kwaśny smak. W myśl klasycznej teorii Arrheniusa kwaśny smak spowodowany jest tym, że w roztworze wodnym jest więcej jonów hydroniowych niż wodorotlenowych, a więc zgodnie z tą teoria jako kwasy uważano substancje, które w roztworze wodnym odczepiają jony hydroniowe, a jako zasady- substancje, które odczepiają jony wodorotlenowe:

HA ↔ H⁺ + A^-

BOH ↔ B⁺ + OH^-

Teoria Arrheniusa okazała się niewystarczająca, aby wytłumaczyć zasadowe właściwości związków, które nie posiadają grupy wodorotlenowej. Dopiero Bronsted i Lowry zaproponowali protonową teorię kwasów i zasad. Zgodnie z tą teorią kwasem jest substancja odczepiająca proton, zasadą - substancja przyłączająca proton. Cząsteczka kwasu która oddała proton staje się zasadą, zasada zaś, która przyłączyła proton staje się kwasem:

Kwas ↔ zasada + H⁺

Protony nie występują w roztworach w stanie swobodnym dlatego jonizacja kwasu może nastąpić tylko wtedy gdy obok kwasu obecna jest zasada zdolna do przyłączenia protonu oddanego przez kwas. Równanie reakcji jonizacji kwasu w obecności zasady przybiera zatem postać:

Kwas₁ + zasada₂ ↔ kwas₂ + zasada₁

HB₁ + B₂ ↔ B₂H⁺ + B₁^-

Rolę zasady może przejąć rozpuszczalnik S o własnościach protonoakceptorowych zwany protolitycznym. W takim przypadku, przebieg reakcji jonizacji kwasu HA można zapisać;

HA + S ↔ SH⁺ + A^-

Stała równowagi K_a powyższej reakcji nosi nazwę stałej dysocjacji kwasowej I wyraża się wzorem:

(1)

gdzie a_i - aktywność reagenta

W roztworach rozcieńczonych można przyjąć aktywność rozpuszczalnika za równą jedności (a_S = 1) niezależnie od stężania elektrolitu i wówczas równanie (1) upraszcza się do postaci:

(2)

Analogiczne rozumowanie prowadzi do wniosku, że jonizacja zasady B nastąpić może, gdy rozpuszczalnik jest zdolny do odszczepienia protonów. Proces jonizacji przebiega wówczas zgodnie z równaniem:

B + SH ↔ BH⁺ + S^-

Stała równowagi procesu jonizacji zasady wyraża się wzorem:

(3)

Budowa cząsteczki wody wskazuje na możliwość wymiany protonu w samej wodzie. Cząsteczka wody może być zarówno akceptorem, jak i donorem protonu. Stała równowagi tej reakcji zwanej autojonizacją wody w temperaturze 298 K wynosi K_w = 1 10^-14 i nosi nazwę iloczynu jonowego wody:

(4)

Kwas mlekowy należy do elektrolitów słabych i w roztworze wodnym dysocjuje na jony zgodnie z równaniem:

CH₃CHOHCOOH + H₂O ↔ CH₃CHOHCOO^- + H₃O⁺

Równanie dysocjacji zasady sprzężonej z tym kwasem można zapisać następująco:

CH₃CHOHCOO^- + H₂O ↔ CH₃CHOHCOOH + OH^-

Odpowiednie stałe dysocjacji kwasu mlekowego - kwasową K_a i zasadową K_b wyrażają poniższe wzory:

(5)

(6)

Są to termodynamiczne stałe równowagi. Można wykazać, ze między stałą dysocjacji kwasu a stałą dysocjacji sprzężonej zasady istnieje ścisła zależność liczbowa. Iloczyn obu tych stałych jest równy iloczynowi jonowemu wody:

(7)

W postaci logarytmicznej równanie (7) przybiera postać

(8)

Można też zapisać w postaci

(9)