Ступенчатая диссоциация многоосновных кислот Почему угольная кислота значительно хуже диссоциирует по второй ступени, чем по первой? (прошу объяснить через электростатические взаимодействия).

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Ступенчатая диссоциация многоосновных кислот, таких как угольная кислота (H₂CO₃), подразумевает последовательное освобождение протонов (H⁺) из кислоты. Первая диссоциация угольной кислоты приводит к образованию бикарбонатного иона (HCO₃⁻), а вторая диссоциация — к образованию карбонатного иона (CO₃²⁻).

Разница в энергии диссоциации между первой и второй ступенью можно объяснить с точки зрения электростатических взаимодействий, в частности, через соотношение зарядов и расстояния между ионами.

Первая диссоциация: H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
В процессе первой диссоциации мы получаем протон (H⁺) и бикарбонатный ион (HCO₃⁻). Бикарбонатный ион имеет заряд −1. Элетростатическое взаимодействие между образовавшимися ионами линеарно уменьшается, так как наличие одного протона (положительного заряда) взаимодействует с одним бикарбонатным ионом с зарядом −1. Это взаимодействие достаточно сильное, способствующее стабильности образовавшихся ионов.

Вторая диссоциация: HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻
Во второй ступени диссоциации происходит образование карбонатного иона (CO₃²⁻), который имеет заряд −2. Протон H⁺ по-прежнему взаимодействует с двумя отрицательными зарядами карбонатного иона. Увеличение отрицательного заряда ведет к увеличению электростатического отталкивания между протоном и карбонатом. Это отталкивание значительно ослабляет притяжение, поскольку положительный заряд становится "приземленным" на большем расстоянии от двух отрицательных зарядов, что делает диссоциацию менее вероятной и менее предпочтительной.

Таким образом, во второй ступени диссоциации угольной кислоты взаимодействие становится менее благоприятным из-за увеличенного отталкивания между положительным зарядом протона и двумя отрицательными зарядами карбонатного иона, что и объясняет значительно более низкую степень диссоциации по сравнению с первой ступенью.