1. Kwasy dzielimy na mocne i słabe

Wiemy już, że kwasy dzielimy na mocne i słabe, a to wszystko ma związek z tym jak kwas zachowuje się w wodzie. Jeżeli kwas dysocjuje w pełni, czyli w stu procentach, to kwas był mocny. Jeżeli natomiast był on słaby, to dysocjował w kilku, kilkunastu procentach (generalnie w mniej niż stu).

Na pewno pamiętasz (chcesz sobie przypomnieć?), że zaznaczaliśmy to dodatkowo używając specjalnego rodzaju strzałek reakcji. Strzałka ⟶ oznaczała, że reakcja (dysocjacja) zachodzi całkowicie, natomiast strzałka ⇄ oznaczała, że reakcja zachodziła tylko w jakimś stopniu.

I faktycznie w przypadku kwasu solnego należy użyć jednej strzałki, a np. dla słabego kwasu fluorowodorowego używamy dwóch strzałek :

HCl ⟶ H⁺ + Cl^ー lub zapis dokładny : HCl + H₂O ⟶ H₃O⁺ + Cl^ー

Czas na słaby kwas :

HF ⇄ H⁺ + F^ー lub zapis dokładny : HF + H₂O ⇄ H₃O⁺ + F^ー

2. Miarą mocy kwasu jest stała kwasowa

Jak już doskonale wiesz z równowagi chemicznej, w sytuacji, gdy mamy do czynienia z reakcją odwracalną (⇄), aby cokolwiek tam obliczyć (ile jest danego reagenta), potrzebujemy tak zwanej stałej równowagi, o której możesz przeczytać tutaj.

W przypadku dysocjacji kwasu stała równowagi, która opisuje tą dysocjację nazywa się stałą kwasową i oznaczana jest symbolem K_a . I tak, dla kwasu HF mamy^[1] :

HF ⇄ H⁺ + F^ー

Zawsze warto rozpoczynać od tego zadania obliczeniowe – najpierw rozpisz równania reakcji, a potem zapisz wyrażenie na odpowiednią stałą równowagi.

Dość łatwo zauważyć, że im wyższa wartość K_a tym więcej będzie jonów H⁺ w stanie równowagi, a to oczywiście oznacza, że kwas jest mocniejszy.

Dla osób, które nie do końca lubią się z matematyką jeszcze słówko wyjaśnienia powyższej zależności :

W chemii bardzo często używa się także pK_a, która jak już się domyślasz jest ujemnym logarytmem ze stałej kwasowej.

Def. pK_a = − log K_a

Zawsze dość wkurzające jest to, że myli nam się jaka jest zależność pH oraz pKa od mocy kwasu, zatem najlepiej przeanalizować to na tabeli, którą samemu możemy zawsze na szybko skonstruować.

pH	1	7	14
[H+]	10ー1	10ー7	10ー14
pKa	1	7	14
Ka	10ー1	10ー7	10ー14

Oczywiście wiemy, że kwasy mają pH < 7 , co w takim razie wiąże się z największym stężeniem jonów wodorowych, co oczywiście widzimy z tabelki. Ustaliliśmy już, że im większa wartość stałej kwasowej K_a , tym mocniejszy kwas, a teraz możemy dodatkowo powiedzieć, że tym mniejsza wartość pK_a.

Mocny kwas	Słaby kwas
➤ duża wartość Ka ➤ mała wartośc pKa	➤ mała wartość Ka ➤ duża wartośc pKa

3. Miarą mocy zasady jest stała zasadowa

Chyba nie jest to szokujące, że skoro moc kwasu ocenialiśmy na podstawie stałej kwasowej, to moc zasady będziemy ogarniać na podstawie stałej zasadowej. Bierzemy zatem najbardziej klasyczną słabą zasadę, czyli amoniak :

NH₃  + H₂O ⇄ NH₄⁺ +  OH^ー

Stała zasadowa ma symbol K_b ^[1] :

Zwróć uwagę, że woda nie jest brana pod uwagę do wyrażenia na stałą równowagi^[2].

Jeżeli chodzi o zależności mocy zasady od wartości stałej zasadowej to są one identyczne jak w kwasie i także zostały podsumowane w tabeli :

Mocna zasada	Słabsza zasada
➤ duża wartość Kb ➤ mała wartośc pKb	➤ mała wartość Kb ➤ duża wartośc pKb

4. Porówanie stałej kwasowej i zasadowej

Jeżeli chodzi o zależności mocy zasady od wartości stałej zasadowej to są one identyczne jak w kwasie i także zostały podsumowane w tabeli :

Stała kwasowa Ka	Stała zasadowa Kb
➤ używamy do kwasów ➤ duża wartość Ka oznacza mocny kwas	➤ używamy do zasad ➤ duża wartość Kb oznacza mocną zasadę

Zawsze pojawia się pytanie kiedy mamy używać stałej kwasowej, a kiedy zasadowej. Sprawa jest prosta, bo jedno używamy do kwasów, a drugie do zasad. Ale… nie zawsze wydaje się to takie łatwe. Dlatego można to rozpoznać jeszcze inaczej, pisząc reakcję dysocjacji − stałej zasadowej będziemy używać jeżeli będą powstawać jony OH^ー, a stałej kwasowej kiedy powstaną jony H⁺.

HN₃ ⇄ H⁺ + N₃^ー ⇒ będziemy używać stałej K_a

CH₃NH₂  + H₂O ⇄ CH₃NH₃⁺ +  OH^ー ⇒ będziemy używać stałej K_b

---

^[1] Stała kwasowa K_a swoją literkę ,,a” w indeksie zawdzięcza angielskiemu słowu kwas, czyli acid. Analogicznie stała zasadowa K_b pochodzi od słowa ,,zasada” czyli base.

^[2] Jak zwykle, sprawa jest nieco bardziej skomplikowana, bo nie może być tak, że po prostu czegoś nie bierzemy pod uwagę w pisaniu wyrażenia na stałą równowagi.

Najpierw zaczniemy od pokazania, że stężenie czystej wody jest równe około 55,56 mol/dm³ . Kojarzysz na pewno, że gęstość wody jest natomiast równa 1 g/cm³ . Stężenie molowe jest podawane w decymetrach sześciennych, więc zamieniam odpowiednio gęstość na 1000 g/cm³ . Tysiąc gramów wody odpowiada 1000 : 18 = 55,56 molom wody, które znajduje się właśnie w jednym decymetrze sześciennym, czyli właśnie wyliczyliśmy stężenie wody!

Woda jest zawsze rozpuszczalnikiem, czyli jest jest znacznie, znacznie więcej niż rozpuszczonej w niej substancji, zatem możemy przyjąć, że jej stężenie jest ciągle stałe. W takim razie jeśli zapisać by wyrażenie na stałą równowagi z wodą, to mielibyśmy dwie stałe i ciągle dokonywalibyśmy tego samego działania matematycznego. Dlatego po prostu jeśli pomnożyć stałą równowagi razy stężenie wody, to otrzymamy nową stałą, którą oznacza się jako K_a lub K_b, zależnie czy mówimy o kwasie czy zasadzie.

Na przykładzie kwasu fluorowodorowego : HF + H₂O ⇄ H₃O⁺ + F^ー

Zauważ, że dokładnie tak samo było z ciałami stałymi, o czym mówiliśmy tutaj.