Какие исходные величины потребуются
Укажите «pKa кислоты HL⁺», «pH раствора», «Общая концентрация лиганда (моль/л)». Это основные параметры выбранной постановки: они описывают исходное состояние, состав либо положение равновесия. Для контрольного набора указаны следующие числа: pKa кислоты HL⁺: 8.5; pH раствора: 9.1; Общая концентрация лиганда (моль/л): 0.08 моль/л. Их можно заменить значениями из химического анализа, измерения потенциала или справочных таблиц. Величины должны соответствовать одному состоянию системы, а не быть собраны из опытов при разных температурах без поправок.
Остальные входные величины: «Объём раствора (л)», «Энтальпия протонирования (кДж/моль)». В этой модели их роль не декоративная: они участвуют в вычислении энергетических изменений, долей или вещества, доступного для превращения. Если входы задают константы, необходимо помнить о стандартном состоянии; если задают концентрации, нельзя подменять молярную концентрацию массовой долей. Особенно опасно использовать константу, рассчитанную для другой температуры или другой ионной силы. В частности, здесь проверяются входные данные: pKa кислоты HL⁺, pH раствора.
Уравнения и контроль материального баланса
Основное уравнение записывается так: αL=1/(1+10^(pKa−pH)); nL=αL·cобщ·V. Для задач со степенью реакции количества компонентов меняются в соответствии со стехиометрическими коэффициентами. Для задач с активностями важно отдельно определить, какой вид частного реакции используют в расчёте. Если константа близка к нулю или чрезвычайно велика, чувствительность к округлению может резко возрастать; поэтому вычисления выполняются без предварительного округления вводимых чисел.
С указанными по умолчанию параметрами получается «Свободный лиганд L, моль/л»: 0.0639392; также вычисляется «Доля свободного L, %»: 79.924. Остальные числовые показатели показывают связанный состав или энергетическую характеристику и помогают обнаружить несоответствие размерностей. При проверке сложных выражений полезно подставить результаты обратно в исходное уравнение и удостовериться, что сумма компонентов не изменилась там, где она должна сохраняться.
Что меняется при другой загрузке или температуре
Для сравнения двух расчётов измените поле «pKa кислоты HL⁺»: в дополнительном примере исходное значение 8.5 заменяется на 7.65. Тогда показатель «Свободный лиганд L, моль/л» становится равным 0.0772588. Такой способ позволяет увидеть влияние одного параметра, удерживая прочие неизменными. Однако в реальной лаборатории некоторые условия связаны: например, измеренная константа и температура не всегда могут изменяться независимо друг от друга.
Протонирование лиганда меняет долю его свободной формы. Значение pH относительно pKa определяет равновесное распределение, а тепловой эффект относится к выбранной реакции протонирования. При интерпретации сравните относительные доли компонентов и знак рассчитанной свободной энергии, когда он присутствует среди результатов. Положительная энергия при заданном составе не означает невозможность обратной реакции; отрицательная энергия не означает мгновенное превращение. Если наблюдения не совпадают с вычислениями, сначала проверьте температуру и концентрационную основу расчёта, затем — наличие побочных реакций и неидеальности раствора или газа.
Границы модели и проверка результата
Основное допущение для этой задачи: Присутствует только один протонный переход; тепловой эффект оценивается относительно воображаемого полного депротонирования без тепла смешения. Модель следует рассматривать как математическое описание определённого химического равновесия. Она не учитывает любые возможные соединения, потери при пробоподготовке или произвольные поправки к активности, которых нет среди входных данных. Для сложных растворов, больших давлений и смесей с несколькими фазами может потребоваться специализированная термодинамическая модель.
Перед применением вычисленных величин запишите источник исходной константы и экспериментальные условия. Проверьте выбранные единицы, химическую стехиометрию, состав до и после превращения, а также совпадение стандартных состояний. Если результат используется для технологического оборудования, сравните его с экспериментальной точкой и независимым расчётом. Программа показывает, что следует из введённой модели, но сама по себе не подтверждает безопасность режима или корректность химических данных. Для задачи «Распределение однократно протонированного лиганда» дополнительно сверьте: αL=1/(1+10^(pKa−pH)); nL=αL·cобщ·V.
Формула расчёта
αL=1/(1+10^(pKa−pH)); nL=αL·cобщ·V.
Проверенные примеры
pKa кислоты HL⁺ = 8.5 ; pH раствора = 9.1 ; Общая концентрация лиганда (моль/л) = 0.08 моль/л; Объём раствора (л) = 2.2 л; Энтальпия протонирования (кДж/моль) = -18 кДж/моль
Свободный лиганд L, моль/л = 0.063939; Протонированный HL⁺, моль/л = 0.016061; Доля свободного L, % = 79.923999; Протонированная форма в системе, моль = 0.035334; Тепловой эффект протонированной доли, кДж = -0.636008
pKa кислоты HL⁺ = 7.65 при остальных исходных значениях
Свободный лиганд L, моль/л = 0.077259; Протонированный HL⁺, моль/л = 0.002741; Доля свободного L, % = 96.573445; Протонированная форма в системе, моль = 0.006031; Тепловой эффект протонированной доли, кДж = -0.108553
pKa кислоты HL⁺ = 7.905 при прочих исходных значениях
Свободный лиганд L, моль/л = 0.075200; Протонированный HL⁺, моль/л = 0.004800; Доля свободного L, % = 94.000304; Протонированная форма в системе, моль = 0.010559; Тепловой эффект протонированной доли, кДж = -0.190070
Как пользоваться онлайн-калькулятором
- Укажите «pKa кислоты HL⁺» (без единицы), от 0 до 14.
- Укажите «pH раствора» (без единицы), от 0 до 14.
- Укажите «Общая концентрация лиганда» (моль/л), от 1e-07 до 20.
- Укажите «Объём раствора» (л), от 0.0001 до 100000.
- Укажите «Энтальпия протонирования» (кДж/моль), от -200 до 200.
- Сопоставьте результаты с физическими ограничениями и условием применимости.