Vai tapahtuuko jokin reaktio, josta en ole tietoinen?

Reaktioita on kolme, ja olet luultavasti tietoinen niistä kaikista:

$$\tag{1}\ce{H2O(l) <=> H+(aq) + OH-(aq)}$$

$$\tag{2}\ce{HCl(aq) -> H+(aq) + Cl-(aq)}$$$

$$\tag{3}\ce{Ch3COOH(aq) <=> H+(aq) + CH3COO-(aq)}$$

Näissä kolmessa reaktiossa $\ce{H+}$:n pitoisuus on sama, koska kaikki tapahtuvat samassa faasissa. Joten se, mitä tapahtuu reaktioissa (1) ja (2), vaikuttaa reaktion (3) tasapainoon.

Voinko yksinkertaisesti löytää CH3COOH:n ja veden reaktiossa vapautuneen ja lisätä ne HCl:n vapautuneeseen, laskea nämä kaksi konsentraatiota yhteen ja laskea pH:n tällä tavalla?

Et voi, koska jos palaat reaktioon (3), et ole enää tasapainossa. Välttääksesi yrittämästä korjata yhtä tasapainoa ja samalla sotkemasta toista, on olemassa kaksi strategiaa:

a) Laita kaikki yhtälösysteemiksi ja ratkaise ne yhdellä kertaa (suositeltava menetelmä, jos käytät yhtälönratkaisijaa).

b) Aloita tärkeimmistä lajeista jättämällä huomiotta toissijaiset lajit ja reaktiot, jotka eivät vaikuta tärkeimpiin lajeihin paljon. Siirry sitten näihin muihin reaktioihin ja minorilajeihin. Tätä suositaan silloin, kun joudut tekemään laskelmat paperilla etkä tarvitse tarkkaa ratkaisua.

Likimääräinen vastaus

Sekoittamisen jälkeen ja kun kaikki happojen dissosiaatioreaktiot on jätetty huomiotta, konsentraatiot ovat seuraavat:

c(etikkahappo) = 50 / 125 * 0,3 M = 0,12 M

c(suolahappo) = 75 / 125 * 0,3 M = 0,12 M

c(suolahappo) = 75 / 125 * 0.2 = 0,12 M

Tässä ovat siis vaiheet:

1. Antaa suolahapon dissosioitua ja saa vetyionikonsentraation ja pH:n
2. Tarkistetaan, dissosioituuko etikkahappo tuntuvasti
3. Tarkistetaan, dissosioituuko vesi tuntuvasti

Ensimmäisen vaiheen tulokseksi saamme = 0,12 M ja pH:ksi = 0,92. Nämä ovat alustavia, koska emme antaneet muiden happojen (vesi ja etikkahappo) dissosioitua.

Toisen vaiheen osalta emme ole vielä tasapainossa (ei vielä asetaattia). pH on kuitenkin hyvin alhainen verrattuna etikkahapon pKa:han, joten ellei pH muutu paljon, se ei dissosioidu paljon. Yritetään laskea asetaattikonsentraatio olettaen, että etikkahapon ja vetyionikonsentraation muutos on vähäinen.

$$ = K_a * / \ce{} = \pu{1.8e-5} * 0.12 / 0.12$$

Siten emme tee suurta virhettä, jos sanomme, että etikkahapon ja vetyionien pitoisuudet eivät juurikaan muuttuneet reaktion 2 seurauksena. Voimme halutessamme päivittää vetyionikonsentraation 0,12 M:sta 0,120018 M:iin.

Kolmannessa vaiheessa teemme sen, mitä teemme aina, kun pH on huomattavan hapan. Laskemme vain hydroksidipitoisuuden olettaen, että veden dissosiaatio ei juurikaan vaikuta vetyionipitoisuuteen. Tulokseksi saadaan $\pu{8.3e-14}$. Halutessamme voimme päivittää vetyionikonsentraation 0,120018 M:stä 0,120018000000013 M:iin ja pH:n 0,92075:een. (Mikään tästä ei ole järkevää, koska meillä oli vain kaksi merkitsevää lukua etikkahapon dissosiaatiovakiolle.)

Koska oletimme vetyionikonsentraatioksi 0,12 M toista vaihetta varten ja 0,120018 M kolmatta vaihetta varten, vaikka tämä ei olekaan aivan totta, reaktiot (2) ja (3) eivät ole aivan tasapainossa laskemillamme konsentraatioilla. Hyvä asia on, että useimmissa tapauksissa sillä ei ole merkitystä.