Environmental laboratory exercises for instrumental analysis and

PART 7
FATE AND TRANSPORT
CALCULATIONS

---

---

23
pC–pH DIAGRAMS: EQUILIBRIUM
DIAGRAMS FOR WEAK ACID
AND BASE SYSTEMS
Purpose: To learn to plot and interpret pC–pH diagrams manually
BACKGROUND
The concentration of a weak acid or base in a solution (e.g., H
2
CO
3
, HCO
!
3
, or
CO
2
!
3
) can be calculated using simple equilibrium expressions at any given pH. In
some cases it is useful to look at the equilibrium distribution of each of the
protonated and nonprotonated species in solution at the same time. A pC–pH
diagram such as those shown in Figures 23-1 and 23-2 is an excellent tool for
viewing these concentrations simultaneously. As the name implies, the con-
centrations of all chemical species (including the hydronium ion) are expressed
as the negative log of concentration (for the hydronium ion, the pH). To construct
a pC–pH diagram, the total concentration of the acid or base is needed along with
the corresponding equilibrium equations and constants (K).
CLOSED SYSTEMS
All pC–pH diagrams have two lines in common, the line describing the
concentration of hydroxide (OH
!
) as a function of pH and the line describing
Environmental Laboratory Exercises for Instrumental Analysis and Environmental Chemistry
By Frank M. Dunnivant
ISBN 0-471-48856-9
Copyright # 2004 John Wiley & Sons, Inc.
267

---

14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13 14
pC
pH
pC/pH of a Closed System
Enter the concentration and pK
a
s:
0.01
2.15
7.2
12.35
Concentrations must be between
0.00000001 and 1
Concentration =
pK
a
1 =
pK
a
2 =
pK
a
3 =
Molar concentration of species at cursor:
1.00e-14 1.00e-14 1.00e-14 1.00e-14
[H
3
A] [H
2
A
–
] [HA
2–
] [A
3–
]