Уравнение Шарло - Charlot equation

В Уравнение Шарло, названный в честь Гастон Шарло, используется в аналитическая химия связать ион водорода концентрация, и, следовательно, pH, с формальным аналитическая концентрация из кислота и это сопряженное основание. Его можно использовать для расчета pH буферные растворы когда приближения Уравнение Хендерсона – Хассельбаха авария. Уравнение Хендерсона – Хассельбаха предполагает, что автоионизация воды пренебрежимо мала и что диссоциация или гидролиз кислоты и основания в растворе пренебрежимо мала (другими словами, формальная концентрация такая же, как равновесная концентрация).

Для кислотно-щелочного равновесия, такого как HA ⇌ H+ + А, уравнение Шарло можно записать как

где [H+] - равновесная концентрация H+, Kа это константа диссоциации кислоты, Cа и Cб - аналитические концентрации кислоты и сопряженного с ней основания, соответственно, и Δ = [H+] - [ОН]. Уравнение может быть решено относительно [H+] с помощью постоянная автоионизации для воды, Kш, чтобы ввести [OH] = Kш/[ЧАС+]. Это приводит к следующему кубическое уравнение для ч+], которую можно решить численно или аналитически:

Вывод

Учитывая диссоциацию слабокислой НА (например, уксусная кислота ):

HA ⇌ H+ + А

Начиная с определения константа равновесия

можно решить для [H+] следующее:

Главный вопрос - как определить равновесные концентрации [HA] и [A] от начальных или аналитических концентраций Cа и Cб. Этого можно достичь, учитывая ограничения электронейтральности и баланса массы в системе. Первое ограничение заключается в том, что общая концентрация катионов должна равняться общей концентрации анионов, поскольку система должна быть электрически нейтральной:

Здесь M+ это противоион которое идет с сопряженным основанием, [A], который добавляется в решение. Например, если HA уксусная кислота, А было бы ацетат, которые можно было добавить в раствор в виде ацетат натрия. В этом случае M+ будет катион натрия. Равновесная концентрация [M+] постоянна и равна аналитической концентрации основания, Cб. Следовательно,

Из-за баланса масс сумма равновесных концентраций кислоты и ее сопряженного основания должна оставаться равной сумме их аналитических концентраций. (HA может конвертироваться в A и наоборот, но то, что потеряно из HA, приобретается из A, сохраняя постоянную сумму.)

Подставляя [A] и решение для [HA]:

Вводя уравнения для [HA] и [A] в уравнение для [H+] дает уравнение Шарло.

Смотрите также

Рекомендации

  • Шарло, Гастон (1947). "Utilité de la définition de Brönsted des acides et des Basis en chimie analytique". Analytica Chimica Acta. 1: 59–68. Дои:10.1016 / S0003-2670 (00) 89721-4.
  • де Леви, Роберт (2002). «Приближение Хендерсона и закон действия масс Гульдберга и Вааге». Химический педагог. 7 (3): 132–135. Дои:10.1007 / s00897020562a.