ثابت یونش اسیدی

ثابت یونش اسیدی یا همان ثابت تفکیک اسیدی به معیار اندازه گیری قدرت اسیدیته در یک محلول گفته می شود. در فرآیندهای اسیدی و بازی، ثابت یونش اسیدی در واقع برابر با ثابت تعادل برای یک فرآیند شیمیایی تفکیک است. مقدارثابت یونش اسیدی در دمای مشخص تغییرنمی کند.

اسید چیست؟

 اسید در لغت به موادی ترش مزه گفته می شود که رنگ کاغذ تورنسل آبی را قرمز می کند. اما تعاریف بسیاری از سوی شیمیدانان برای اسیدها ارائه شده است. اسید لوئیس، اسید برونستد- لوری و اسید آرنیوس از جمله این تعریفات است.

اسید لوئیس

بر طبق تئوری اسید لوئیس، اسید ماده است که با یک جفت الکترون می تواند یک پیوند کووالانسی شکل دهد. با این اوصاف و بر اساس این تئوری، ترکیباتی که هیدروژن ندارند هم می توانند یک اسید باشند. مانند آلومینیوم تری کلرید با فرمول AlCl₃  و یا بور تری فلوئورید با فرمول BF₃ اسید هستند.

اسیدهای برنستد- لوری

رایج ترین نظریه در مورد تعاریف اسیدها تئوری برنستد- لوری است. طبق تئوری اسید برونستد- لوری، مولکول یا یونی که می تواند دهنده پروتون باشد به عنوان اسید خوانده می شود.

اسید آرنیوس

آرنیوس معتقد بود اسیدها حین حل شدن در آب تفکیک شده و ذرات بارداری به نام یون ایجاد می کنند. او به دلیل ارائه این تلاش ها جایزه نوبل شیمی سال 1903 را از آن خود کرد.

طبقه بندی اسیدها

اسیدها به دو گروه اسید قوی و اسید ضعیف تقسیم می شوند. اسیدی قوی تر است که قابلیت از دست دادن پروتون را داشته باشد. به اسیدی که در یک محلول قابل تفکیک به طور کامل باشد، اسید قوی می گویند. اسیدهای قوی به طور کامل در حلال یونش می شوند. این اسیدها بیشتر در صنایع قابل استفاده هستند. اسید هیدروکلریک، هیدرویدیک اسید، هیدروبرومیک اسید، اسید نیتریک یا جوهر شوره، اسید سولفوریک یا جوهر گوگرد از اسیدهای بسیار قوی هستند. غلظت اسیدی معمولا برحسب PH  ارائه می گردد. با افزایش قدرت اسیدی، ثابت یونش اسیدی هم بزرگتر می شود.

اسید ضعیف

به اسیدهایی که به شکل ناچیزی یونیزه می شوند. اسیدهایی مانند اسید کربنیک، اسید فسفریک، اسید اگزالیک، اسید استیک و اسید هیدروفلوئوریک از جمله اسیدهای ضعیف هستند. در واقع این اسیدها که شامل اکثر اسیدها می شوند، در حین حل شدن پروتون های خود را کامل از دست نمی دهد و تفکیک آن ها به طور کامل انجام نمی شود.

ثابت یونش اسیدی چیست؟

برای مقایسه میزان قدرت یک اسید از معیاری به نام ثابت یونش اسیدی استفاده می شود. ثابت یونش یک اسید را با K_a نشان داده می شود که به صورت حاصل ضرب غلظت مواد فراورده تقسیم بر حاصل ضرب غلظت مواد واکنش دهنده به دست می آید. به عنوان مثال برای بیان ثابت یونش اسیدی داریم :

HA (aq) + H₂O (I) ↔ H₃O⁺ (aq) + A^- (aq)

K_a = [H₃O⁺] [A^-] / [HA]

در این رابطه تمام غلظت ها بر حسب مول بر لیتر بیان می شود. همچنین چون غلظت اب خالص مقداری ثابت است، در رابطه ثابت یونش اسیدی به صورت یک نوشته شده و تاثیری در این رابطه ندارد. باید توجه داشت هر چه میزان عددی ثابت یونش اسیدی بیشتر باشد، اسید قوی تر خواهد بود.

رابطه ثابت یونش اسیدی با pK_a

چون مقدار عددی Ka می تواند عدد بسیار بزرگ و یا بسیار کوچکی باشد، به همین دلیل از لگاریتم برای بیان این رابطه استفاده می شود. رابطه ثابت یونش اسیدی با pk_a به صورت زیر بیان می شود.

pK_a = -log K_a

چون در این رابطه از لگاریتم منفی استفاده شده است، کوچک بودن Pk_a نشان دهنده بزرگ بودن K_a و بالا بودن قدرت اسیدی است.

عوامل موثر بر قدرت اسیدی

بسیاری از اسیدها دارای یک اتم هیدروژن هستند که با آزادسازی خود قادر است یک کاتیون و آنیون در آب ایجاد کند. غلظت یون های ایجاد شده هیدروژن با قدرت اسیدی رابطه ای مستقیم دارد.

هر چه شعاع اتمی بیشتر باشد به همان میزان قدرت اسیدی نیز افزایش می یابد. بطور مثال هیدرویدیک اسید اسیدی قوی تر از هیدروکلراید است زیرا ید از کلر بزرگ تر است. از عوامل موثر دیگر در قدرت اسیدی الکترونگاتیوی است. بین قدرت اسیدیته و میزان الکترونگاتیویته باز مزدوج رابطه مستقیمی وجود دارد.

همچنین هرگاه بار اتم مثبت باشد قدرت اسیدی هم افزایش می یابد. زیرا گرفتن بار منفی سخت تر از گرفتن پروتون از یک گونه خنثی است.

حلال

در حالی که اغلب میزان اسیدیته با حلالیت آب مورد ارزیابی قرار می گیرند اما در حلال های غیر آبی نیز می توانند تعریف داشته باشند. به عنوان مثال اسید استیک در آمونیاک مایع به طور کامل تفکیک می شود و می تواند یک اسید قوی تشکیل دهد با وجود اینکه در آب یک اسید ضعیفی است.