9.3 Svake syrer og baser | Kjemi 1

Lær om svake syrer og baser og hvordan du beregner pH for disse.

60 min

16 oppgaver

Svake syrerSvake baserSyrekonstanten KaBasekonstanten KbBufferløsninger

Du leser den tradisjonelle versjonen

Din fremgang i kapitlet

0 / 16 oppgaver

Kapitlets plass i kurset

Bygger på

7.1Likevekt og likevektskonstanten 9.2pH og sterke syrer/baser

Syrekonstanten Ka

Svake syrer protolyserer delvis i vann:

$\text{HA} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{A}^- + \text{H}_3\text{O}^+$

Likevektsuttrykket

$K_\text{a} = \frac{[\text{A}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HA}]}$

hvor:
- Ka = syrekonstanten (likevektskonstant for protolyse)
- HA = svak syre
- A⁻ = konjugert base

Syrestyrke

- Stor Ka (>10⁻²) → Sterk syre → Høy protolysering
- Liten Ka (<10⁻⁶) → Svak syre → Lav protolysering

Eksempel:
- CH₃COOH: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ (svak syre)
- HF: Ka = 7,2 × 10⁻⁴ (svakere enn sterke, men sterkere enn CH₃COOH)
- H₂CO₃: Ka = 4,3 × 10⁻⁷ (svakere enn CH₃COOH)

✏️Eksempel 1: Skriv Ka-uttrykk

Skriv Ka-uttrykket for følgende svake syrer:
a) HF
b) H₂CO₃ (første proton)

Løsning:

a) HF (fluorhydrogensyre):
$\text{HF} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{F}^- + \text{H}_3\text{O}^+$
$K_\text{a} = \frac{[\text{F}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HF}]}$

b) H₂CO₃ (karbonsyre):
$\text{H}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+$
$K_\text{a} = \frac{[\text{HCO}_3^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{H}_2\text{CO}_3]}$

📝Oppgave 9-29

Skriv Ka-uttrykk for følgende svake syrer:

CH₃COOH (eddiksyre)

H₃PO₄ (fosforsyre, første proton)

pKa

På samme måte som pH, brukes pKa for å forenkle Ka-verdier:

$\text{pK}_\text{a} = -\log K_\text{a}$

Sammenheng mellom Ka og pKa

- Stor Ka → Liten pKa → Sterkere syre
- Liten Ka → Stor pKa → Svakere syre

Eksempel:
- HF: Ka = 7,2 × 10⁻⁴ → pKa = 3,14 (sterkere)
- CH₃COOH: Ka = 1,8 × 10⁻⁵ → pKa = 4,74
- H₂CO₃: Ka = 4,3 × 10⁻⁷ → pKa = 6,37 (svakere)

Huskeregel: Lavt pKa-tall = sterk syre

✏️Eksempel 2: Beregn pKa

Eddiksyre har Ka = 1,8 × 10⁻⁵. Beregn pKa.

Løsning:

$\text{pK}_\text{a} = -\log K_\text{a} = -\log(1{,}8 \times 10^{-5})$

$\text{pK}_\text{a} = 4{,}74$

Svar: pKa = 4,74

📝Oppgave 9-30

Beregn pKa for følgende syrer:

HF: Ka = 7,2 × 10⁻⁴

H₂CO₃: Ka = 4,3 × 10⁻⁷

H₂S: Ka = 1,0 × 10⁻⁷

pH-beregninger for svake syrer

For svake syrer bruker vi en forenklet formel:

$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(\text{pK}_\text{a} - \log c)$

hvor c = konsentrasjonen av syren.

Alternativt:

$[\text{H}_3\text{O}^+] \approx \sqrt{K_\text{a} \cdot c}$

deretter: pH = −log[H₃O⁺]

Forutsetninger

Formelen gjelder når:
1. Svak syre (Ka < 10⁻²)
2. Konsentrasjon c > 100 × Ka

Eksempel:
- 0,10 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵):
$[\text{H}_3\text{O}^+] \approx \sqrt{1{,}8 \times 10^{-5} \times 0{,}10} = 1{,}34 \times 10^{-3} \text{ M}$
$\text{pH} = -\log(1{,}34 \times 10^{-3}) = 2{,}87$

✏️Eksempel 3: pH av svak syre

Beregn pH for 0,10 M eddiksyre (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).

Løsning:

Metode 1: Bruk formelen med [H₃O⁺]:
$[\text{H}_3\text{O}^+] \approx \sqrt{K_\text{a} \cdot c} = \sqrt{1{,}8 \times 10^{-5} \times 0{,}10}$
$[\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{1{,}8 \times 10^{-6}} = 1{,}34 \times 10^{-3} \text{ M}$
$\text{pH} = -\log(1{,}34 \times 10^{-3}) = 2{,}87$

Metode 2: Bruk formelen med pKa:
$\text{pK}_\text{a} = -\log(1{,}8 \times 10^{-5}) = 4{,}74$
$\text{pH} \approx \frac{1}{2}(4{,}74 - \log 0{,}10) = \frac{1}{2}(4{,}74 + 1) = 2{,}87$

Svar: pH = 2,87

📝Oppgave 9-31

Beregn pH for følgende svake syrer:

0,10 M HF (Ka = 7,2 × 10⁻⁴)

0,050 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵)

Basekonstanten Kb

Svake baser protolyserer delvis i vann:

$\text{B} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{BH}^+ + \text{OH}^-$

Likevektsuttrykket

$K_\text{b} = \frac{[\text{BH}^+][\text{OH}^-]}{[\text{B}]}$

hvor:
- Kb = basekonstanten
- B = svak base
- BH⁺ = konjugert syre

Sammenheng mellom Ka og Kb

For et konjugert syre-base-par:

$K_\text{a} \times K_\text{b} = K_\text{w} = 1{,}0 \times 10^{-14}$

$\text{pK}_\text{a} + \text{pK}_\text{b} = 14{,}00$

Eksempel:
- NH₃: Kb = 1,8 × 10⁻⁵
- NH₄⁺ (konjugert syre): Ka = Kw / Kb = 5,6 × 10⁻¹⁰

✏️Eksempel 4: Ka og Kb for konjugert par

NH₃ har Kb = 1,8 × 10⁻⁵. Beregn Ka for NH₄⁺.

Løsning:

$K_\text{a} \times K_\text{b} = K_\text{w}$

$K_\text{a} = \frac{K_\text{w}}{K_\text{b}} = \frac{1{,}0 \times 10^{-14}}{1{,}8 \times 10^{-5}}$

$K_\text{a} = 5{,}6 \times 10^{-10}$

Svar: Ka(NH₄⁺) = 5,6 × 10⁻¹⁰

📝Oppgave 9-32

Beregn den manglende konstanten:

CH₃COO⁻ har Kb = 5,6 × 10⁻¹⁰. Finn Ka for CH₃COOH.

HCO₃⁻ har Ka = 4,7 × 10⁻¹¹. Finn Kb for HCO₃⁻.

pH-beregninger for svake baser

For svake baser:

$[\text{OH}^-] \approx \sqrt{K_\text{b} \cdot c}$

deretter:
1. pOH = −log[OH⁻]
2. pH = 14 − pOH

Eller direkte:

$\text{pH} \approx 14 - \frac{1}{2}(\text{pK}_\text{b} - \log c)$

Eksempel:
- 0,10 M NH₃ (Kb = 1,8 × 10⁻⁵):
$[\text{OH}^-] \approx \sqrt{1{,}8 \times 10^{-5} \times 0{,}10} = 1{,}34 \times 10^{-3} \text{ M}$
$\text{pOH} = -\log(1{,}34 \times 10^{-3}) = 2{,}87$
$\text{pH} = 14{,}00 - 2{,}87 = 11{,}13$

✏️Eksempel 5: pH av svak base

Beregn pH for 0,10 M ammoniakk (Kb = 1,8 × 10⁻⁵).

Løsning:

$[\text{OH}^-] \approx \sqrt{K_\text{b} \cdot c} = \sqrt{1{,}8 \times 10^{-5} \times 0{,}10}$

$[\text{OH}^-] = \sqrt{1{,}8 \times 10^{-6}} = 1{,}34 \times 10^{-3} \text{ M}$

$\text{pOH} = -\log(1{,}34 \times 10^{-3}) = 2{,}87$

$\text{pH} = 14{,}00 - 2{,}87 = 11{,}13$

Svar: pH = 11,13

📝Oppgave 9-33

Beregn pH for følgende svake baser:

0,10 M NH₃ (Kb = 1,8 × 10⁻⁵)

0,050 M CH₃NH₂ (Kb = 4,4 × 10⁻⁴)

Protolysegraden

Protolysegraden (α) er andelen av syren/basen som har protolysert:

$\alpha = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]}{c} \times 100\%$

hvor c = startkonsentrasjonen av syren.

Eksempel

For 0,10 M eddiksyre: [H₃O⁺] = 1,34 × 10⁻³ M

$\alpha = \frac{1{,}34 \times 10^{-3}}{0{,}10} \times 100\% = 1{,}34\%$

Kun 1,34% av CH₃COOH-molekylene har protolysert!

Sammenheng med Ka

- Stor Ka → Høy α → Mer protolyse
- Liten Ka → Lav α → Mindre protolyse
- Høy konsentrasjon → Lav α (Le Chateliers prinsipp)

✏️Eksempel 6: Protolysegraden

Beregn protolysegraden for 0,10 M eddiksyre (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).

Løsning:

Først finner vi [H₃O⁺]:
$[\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{K_\text{a} \cdot c} = \sqrt{1{,}8 \times 10^{-5} \times 0{,}10} = 1{,}34 \times 10^{-3} \text{ M}$

Deretter protolysegraden:
$\alpha = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+]}{c} \times 100\% = \frac{1{,}34 \times 10^{-3}}{0{,}10} \times 100\% = 1{,}34\%$

Svar: α = 1,34% (kun 1,34% av eddiksyren har protolysert)

📝Oppgave 9-34

Beregn protolysegraden:

0,10 M HF (Ka = 7,2 × 10⁻⁴)

0,10 M NH₃ (Kb = 1,8 × 10⁻⁵)

📝Oppgave 9-35

Sammenligning av sterk vs svak syre:

Beregn pH for 0,10 M HCl.

Beregn pH for 0,10 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵).

Hvor mange ganger høyere er [H₃O⁺] i HCl enn i CH₃COOH?

📝Oppgave 9-36

Konsentrasjonens innvirkning på protolysegraden:

Beregn protolysegraden for 0,10 M CH₃COOH.

Beregn protolysegraden for 0,010 M CH₃COOH.

Hvorfor øker protolysegraden når konsentrasjonen synker?

📝Oppgave 9-37

Salt av svake syrer/baser:

Beregn pH for 0,10 M NaCH₃COO (natriumacetat). Kb(CH₃COO⁻) = 5,6 × 10⁻¹⁰.

Beregn pH for 0,10 M NH₄Cl (ammoniumklorid). Ka(NH₄⁺) = 5,6 × 10⁻¹⁰.

📝Oppgave 9-38

Avsluttende spørsmål:

Forklar hvorfor svake syrer har lavere [H₃O⁺] enn sterke syrer ved samme konsentrasjon.

Hvorfor er Ka × Kb = Kw for konjugerte par?

📝Oppgave 9-39

Flerprotiske syrer:

H₃PO₄ har Ka1 = 7,5 × 10⁻³, Ka2 = 6,2 × 10⁻⁸, Ka3 = 4,8 × 10⁻¹³. Hvilken er sterkest?

Hvorfor er Ka1 > Ka2 > Ka3?

📝Oppgave 9-40

Sammenligning av pKa:

Ranger følgende syrer etter synkende syrestyrke: HF (pKa = 3,14), CH₃COOH (pKa = 4,74), H₂CO₃ (pKa = 6,37).

Hvilken har høyest pH ved samme konsentrasjon?

📝Oppgave 9-41

Karbondioksid i vann:

CO₂ løses i vann og danner H₂CO₃ (Ka = 4,3 × 10⁻⁷). Hvis [H₂CO₃] = 0,033 M, hva blir pH?

Hvorfor blir regn svakt surt (pH ≈ 5,6) selv uten forurensning?

📝Oppgave 9-42

Utfordringsoppgave - Likevektsberegninger:

For 0,10 M CH₃COOH (Ka = 1,8 × 10⁻⁵), beregn [CH₃COOH], [CH₃COO⁻] og [H₃O⁺] ved likevekt.

Forklar hvorfor [CH₃COOH] nesten ikke endres ved protolyse.

📝Oppgave 9-43

Avansert oppgave - Temperaturavhengighet:

Ved 25°C er Kw = 1,0 × 10⁻¹⁴. Ved 37°C (kroppstemperatur) er Kw = 2,4 × 10⁻¹⁴. Hva blir pH i rent vann ved 37°C?

Er vann ved 37°C surt, basisk eller nøytralt?

📝Oppgave 9-44

Oppsummering:

Forklar forskjellen mellom Ka og pKa.

Hvordan beregner du pH for en svak syre?

Hvordan beregner du pH for en svak base?

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.