물��화학실험 약산의 해리상수, Determination of Ka of weak acid

1.실험목졵: pH값을 측정하여 미지의 약산의 pKa를 구한다.
2.이론
Bronsted-lowry는 산염기를 다음과 같이 정의하였다. 산은 양성자를 주는 물질이고, 염기는 양성자를 받는 물질이다.
산이 물에 용해할 때. 산은 물분자에게 양성자를 주고 H3O+이온을 형성한다. 이 반응의 일반적인 형태를 다음과 같다. ( <->는 가역반응을 말한다.)
HA(aq) + H2O <-> A-(aq) + H3O+(aq) ----- Equation1
산의 역이온화에 대한 평형상수는 Ka로 표현한다.
Ka= ([A-][ H3O+])/([HA])
물론 모든 산이 평형을 만드는 것은 아니다. 산의 강도는 평형 상수 Ka의 값에 의존한다. 강산은 완전히 수용액에서 이온화한다. 강산의 Ka값은 매우 크고 Equation1은 오직 용액에 A-왿� H3O+만 있는 완전한 반응을 한다. 반면에 약산은 수용액에서 부분적으로만 이온화된다. 약산의 Ka값은 매우 작고, Equation 1은 가역적이다. 모든 종(HA,A-,H3O+)이 평형상태에 존재한다.
다양성자 산은 하나 이상의 양성자를 가지고 있다. 다양성자 산의 이온화는 단계적으로 발생한다. 각 단계마다의 평형상수 Ka1,Ka2 등을 가지고 있다. 두번째 반응(산에서 두번째로 양성자 제거)는 항상 첫번째 반응보다 매우 작다. 즉 Ka2는 항상 Ka1보다 훨씬 작다.
황산(H2SO4) 왿� 다양성자 산(H3PO4)는 다양성자 산의 예이다.
H2A(aq) + H2O(l) <-> HA-(aq) + H3O+(aq) Ka1 =([HA-][ H3O+])/([H2A])
HA-(aq) + H2O(l) <-> A2-(aq) + H3O+(aq) Ka2 =([A2-][ H3O+])/([HA-])
약산의 이온화 상수는 실험적으로 약산의 희석된 수용액 내의 H3O+농도를 측정함으로써 결정될 수 있다. 이 방법은 용액이 약산과 그것의 짝염기의 동일한 몰수를 가지고 있을 때 가장 정확하다.