كيفية حساب تركيز أيون الهيدروجين

يخبرنا تركيز أيون الهيدروجين عن مدى حمضية أي محلول معين أو قاعدته. المزيد من أيونات الهيدروجين؟ أكثر حمضية. أيونات الهيدروجين أقل؟ أكثر أساسية. بسيط جدا ، أليس كذلك؟ دعونا نلقي نظرة على كيفية تحديد وحساب تركيز أيون الهيدروجين. أولاً ، سترى كيف تحصل على أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد في الماء.

يتأين الماء ذاتيًا إلى حدٍ ما:

هذا تبسيط ، لأن أيونات الهيدروجين الحرة لا توجد بالفعل في المحلول. هذا ما يبدو عليه في الواقع:

من خلال الرابطة الهيدروجينية ، يرتبط أيون الهيدروجين بجزيء الماء لتكوين H2₃ا⁺، أو الهيدرونيوم. وهكذا عندما تحسب تركيز أيون الهيدروجين ، فإنك تحسب أيضًا تركيز أيون الهيدرونيوم.

بالنسبة للمياه ، فإن منتج أيون الماء أو ك_ث يخبرنا تركيز H⁺ أو H.₃ا⁺ وتركيز OH^- أو أيونات الهيدروكسيد.

عند 25 درجة مئوية ، تكون القيمة المحددة تجريبياً لـ K_دبليو 1.0 × 10^-14 م².

دعنا نلقي نظرة على كيفية استخدام معرفتك بالتفكك و K._دبليو لحساب تركيز أيون الهيدروجين للأحماض أو القواعد القوية.

يزيد الحمض القوي من تركيز أيون الهيدروجين فوق أيونات الهيدروكسيد الموجودة.

مثال على ذلك هو حمض الهيدروكلوريك:

نظرًا لأن حمض الهيدروكلوريك حمض قوي ، فإنه يتفكك تمامًا في الماء. لذلك ، لنفترض أن لديك محلول 1.5M HCl. ما هو تركيز أيون الهيدروجين؟

حسنًا ، هذا بسيط جدًا ولا يتطلب أي حسابات! نظرًا لأن الحمض ينفصل تمامًا ، فإن تركيز أيون الهيدروجين هو نفس مولارية المحلول. في هذه الحالة هذا يعني تركيز أيونات الهيدروجين ، أو [H⁺] ، 1.5 مليون.

من ناحية أخرى ، تحتوي القاعدة القوية على أيونات هيدروكسيد أكثر من أيونات الهيدروجين. لنفترض أن لديك محلول 0.1M من هيدروكسيد الصوديوم. ما هو تركيز H⁺ في هذه الحالة؟ الآن ، ستحتاج إلى استخدام معرفتك بـ K._دبليو.

أنت تعلم أنه نظرًا لأن هذه القاعدة القوية تتفكك تمامًا ، فإن تركيز الهيدروكسيد أو OH- يساوي مولارية المحلول. [أوه-] = 0.1 م.

وبالتالي،

حل [H +] تحصل على:

هذا يبدو منطقيا! نظرًا لأنه حل أساسي ، فهناك الكثير من أيونات الهيدروكسيد أكثر من أيونات الهيدروجين.

الآن ، التعامل مع الترميز العلمي طوال الوقت لمناقشة تركيز أيون الهيدروجين أمر مرهق بعض الشيء. بدلاً من ذلك ، يستخدم العلماء مقياس الأس الهيدروجيني.

هنا تعريف الأس الهيدروجيني:

الرقم الهيدروجيني هو السجل السلبي لتركيز الهيدروجين. الحرف p يعني حرفيا السجل السلبي.

لذلك ، إذا أعطيت قيمة pH قدرها 5.5 ، يمكنك إيجاد تركيز أيون الهيدروجين:

يمنحك الغوص في سالب واحد وأخذ اللوغاريتم العكسي:

الحل ، تحصل على:

تركيز أيون الهيدروجين لمحلول مع pH = 5.5 هو 3.2 * 10^-6م. انظر ، هذا هو السبب في أن الحديث عن الأس الهيدروجيني أسهل بكثير من الرقم الطويل الكامل الذي حصلت عليه للحصول على إجابة! يخبرك الرقم الهيدروجيني 5.5 عن الحموضة ، ويمكنك حساب المولارية إذا كنت بحاجة إليها.

في حين أن حساب تركيز أيونات الهيدروجين للأحماض القوية سهل بما فيه الكفاية لأنها تنفصل تمامًا في المحلول ، فإن حساب تركيز أيونات الهيدروجين في الأحماض الضعيفة هو مجرد القليل اصعب. لا تتأين هذه الأحماض تمامًا في الماء. يميل كل حمض إلى فقدان أيون الهيدروجين في محلول مائي. من المرجح أن يفقد الحمض الأقوى أيون الهيدروجين أكثر من الحمض الضعيف.

ثوابت التوازن لتفاعلات التأين تسمى ثوابت التفكك الحمضي (K_أ). تحتوي الأحماض الأقوى على نسبة أعلى من K_أ بينما الأحماض الأضعف لديها K أقل_أ. الآن ، تمامًا كما هو الحال مع تركيز أيون الهيدروجين ، حيث قمت بالتبديل إلى الأس الهيدروجيني بدلاً من H فقط ، يستخدم العلماء pK_أ للإشارة إلى مدى قوة أو ضعف الحمض. مع ميل أعلى لفقدان البروتون ، يكون الحمض أقوى ، وبالتالي فإن pK_أ أصغر.

• كلما زادت قيمة pKa ، كان الحمض أضعف ؛ كلما انخفضت قيمة pKa ، زادت قوة الحمض.