Syra- och baskonstant

a) naturen funkar så

b) du kan bortse från vattnets lilla bidrag till H+-joner ifall syran är tillräckligt stark och koncentrerad

a) naturen funkar så

Vad menar du med detta? Dessa konstanter är väl ändå något som människor har hittat på, det vill säga det måste finnas en anledning till att man multiplicerar dem och inte gör något annat? Har man bara helt godtyckligt valt att göra så?

Dessa konstanter är till för att jämföra syror och baser med varandra. Det skulle inte alls funka att välja att addera koncentrationerna. En syra-bas-jämvikt är ett specialfall av kemiskt jämvikt, och vi multiplicerar alltid vid kemisk jämvikt.

och vi multiplicerar alltid vid kemisk jämvikt.

Varför? Jag vill förstå varför man just multiplicerar och inte utför någon annan operation. Ifall $\left[H_3{O}^{+}\right]\left[A{c}^{-}\right]>\left[HAc\right]\left[H_{2}O\right]$ gäller väl även att: $\left[H_3{O}^{+}\right]+\left[A{c}^{-}\right]>\left[HAc\right]+\left[H_{2}O\right]$?

Vi är oftast ute efter likhet, inte "är större än".

200 * 300 > 1000 * 1

200 + 300 > 1000 + 1  // WtF ??

Oj, ja där har du rätt. Antar att jag inte tänkte tillräckligt långt där... 😅

Problemet med gymnasiekemin är att man ofta utelämnar saker man lär sig i universitetskemin, med förklaringen "det bara är så". Kemisk jämvikt hänger ihop med termodynamik där jämviktskonstanten beskriver det förhållande mellan ämnenas aktiviteter som ger maximal entropi åt universum, eller annorlunda uttryckt - minimal Gibbs energi hos systemet. 

Varför multiplicerar man? Det hänger ihop med reaktionskinetik, där reaktionshastigheten $v$ för en reaktion

$aA + bB \rightarrow cC + dD$

där a, b, c, och d är koefficienter, A, B är reaktanter och C, D produkter, ges av

$v=k[A]^a[B]^b$

Vid jämvikt gäller att koncentrationerna inte längre ändras, så reaktionen framåt måste gå lika snabbt som reaktionen bakåt. Då nybildas och förbrukas ämnena i samma takt. Bakåtreaktionens hastighet $v_2$ ges av

$v_2=k_2[C]^c[D]^d$

Vid jämvikt gäller att

$v=v_2$

$k[A]^a[B]^b=k_2[C]^c[D]^d$

vilket går att skriva som

$\displaystyle \frac {k}{k_2}=\frac {[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$

Kvoten mellan hastighetskonstanterna är det man kallar för jämviktskonstanten $K$, så det går därmed att skriva

$\displaystyle K=\frac {[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}$

Nu kanske du tänker att detta egentligen bara flyttar problemet, för varför multiplicerar man koncentrationerna när man beräknar hastigheterna? Det har med sannolikhet att göra.

Sannolikheten att en partikel A ska kollidera med en partikel B och reagera är proportionell mot ämnets koncentration. Så i grunden är det samma sak att beräkna detta som när du löser en uppgift av typen "sannolikheten att det blir krona är 50% när man singlar slant, vad är sannolikheten att singla fram krona två gånger?" Det skulle man lösa genom att multiplicera ihop sannolikheterna, alltså 0,5*0,5=0,25=25%. På motsvarande sätt kan man visa att koncentrationena måste multipliceras för att få fram sannolikheten att det blir en reaktion.

Man kan skriva oändligt mycket mer om detta, dessutom ska man egentligen inte räkna med koncentrationer utan med aktiviteter. Att man räknar med aktiviteter ställer till det för en del som inte förstår varför vattnets koncentration går att sätta till 1 och därmed förkorta bort. Det beror på att man egentligen räknar med vattnets aktivitet, och aktivitet kan ses som "effektiv koncentration". Aktivitet brukar man beteckna med {}-parenteser och i vattnets fall gäller det att

$\{H_2O\}=\gamma_{H_2O} \dfrac {[H_2O]}{[H_2O]^o}$

där $\gamma_{H_2O}$ kallas för aktivitetskonstant och som för rena ämnen (läs: utspädd vattenlösning) kan sättas till 1. $[H_2O]^o$ är vattnets koncentration vid standardtillstånd, men en vätskas densitet och därmed koncentration är i stort sett konstant oberoende av tillstånd (temperatur och tryck). Därför går kvoten att förenkla till 1 och därmed går hela aktiviteten för vatten att sätta till 1.

Tusen tack för ditt utförliga svar! Jag förstår det hela mycket bättre nu! En sak jag undrar är dock vad det betyder att koefficienterna a, b, c och d är upphöjda utanför koncentrationsklammrarna. Alltså ex: [C]^c.

Har ni räknat något med jämvikter ännu? Det kanske dyker upp mer i kemi 2. Det betyder precis som det står, dvs i jämviktsuttrycket ska man höja upp koncentrationerna till en exponent som motsvarar koefficienten framför ämnet i reaktionsformeln. Det är också en konsekvens av hur man bestämmer reaktionshastigheten. Om du t.ex. har 2A + B --> produkter så är det ju tre partiklar som reagerar, så hastigheten beror dubbelt på koncentrationen av A.

Okej, jag förstår! Känner du till någon bra resurs där man kan läsa på mer om det här? 

Tack så hemskt mycket, återigen, för dina fantastiska svar!

Nja, men kolla upp kurslitteraturen för valfri universitetskurs inom jämviktslära eller fysikalisk kemi så kommer den garanterat innehålla mycket info om detta :)

Som alltid med naturvetenskap mer-avancerad-än-gymnasiet finns den mesta informationen på engelska. Atkins' Physical Chemistry är lite av ett standardverk inom området.