Как да изчислим концентрацията на водородни йони

Концентрацията на водородни йони ни казва колко киселинен или основен е даден разтвор. Повече водородни йони? По-кисела. По-малко водородни йони? По-основно. Доста просто, нали? Нека да разгледаме как да определим и изчислим концентрацията на водородни йони. Първо ще видите как получавате водородни йони и хидроксидни йони във вода.

Водата се самоионизира в малка степен:

Това е опростяване, тъй като свободните водородни йони всъщност не съществуват в разтвор. Ето как изглежда всъщност:

Чрез водородна връзка водородният йон се свързва с водна молекула, за да създаде Н₃О⁺, или хидроний. По този начин, когато изчислявате концентрацията на водородни йони, вие също изчислявате концентрацията на хидрониеви йони.

За водата продукт с воден йон или К_w ни казва концентрацията на Н⁺ или Н₃О⁺ и концентрацията на OH^- или хидроксидни йони.

При 25 градуса по Целзий експериментално определената стойност на К_W е 1,0 х 10^-14 М².

Нека да разгледаме как можете да използвате знанията си за дисоциацията и К

Силната киселина увеличава концентрацията на водородни йони спрямо наличните хидроксидни йони.

Пример е HCl:

Тъй като HCl е силна киселина, тя дисоциира напълно във вода. Така че, да речем, че имате 1.5M HCl разтвор. Каква е концентрацията на водородните йони?

Е, това е доста просто и дори не изисква никаква математика! Тъй като киселината дисоциира напълно, концентрацията на водородни йони е същата като моларността на разтвора. В този случай това означава концентрацията на водородни йони или [H⁺], е 1,5M.

Силната основа, от друга страна, има повече хидроксидни йони, отколкото водородни йони. Да приемем, че имате 0.1M разтвор на NaOH. Каква е концентрацията на Н⁺ в такъв случай? Сега ще трябва да използвате знанията си за К._W.

Знаете, че тъй като тази силна основа се дисоциира напълно, концентрацията на хидроксид или OH- е равна на моларността на разтвора. [OH-] = 0,1 М.

Така,

Решавайки за [H +], получавате:

Това има смисъл! Тъй като това е основно решение, има повече хидроксидни йони, отколкото водородни йони.

Сега да се занимаваме непрекъснато с научна нотация, за да обсъждаме концентрацията на водородни йони, е малко тромаво. Вместо това учените използват скалата на pH.

Ето дефиницията на рН:

pH е отрицателният логаритъм на концентрацията на водород. Буквата p буквално означава отрицателен дневник.

И така, като се има предвид стойността на рН 5,5, можете да намерите концентрацията на водородни йони:

Гмуркането с отрицателен и вземането на обратния дневник ви дава:

Решавайки, получавате:

Концентрацията на водородни йони в разтвор с рН = 5,5 е 3,2 * 10^-6М. Вижте, това е причината да се говори за pH е много по-лесно от цялото дълго число, което получавате за отговор! PH от 5,5 ви казва за киселинността и можете да изчислите моларността, ако имате нужда от нея.

Докато изчисляването на концентрацията на водородните йони на силните киселини е достатъчно лесно, тъй като те се дисоциират напълно в разтвор, изчисляването на концентрацията на водородни йони в слаби киселини е малко по-хитро. Тези киселини не се йонизират напълно във вода. Всяка киселина има тенденция да губи водороден йон във воден разтвор. По-силната киселина е по-вероятно да загуби своя водороден йон, отколкото слабата киселина.

Константите на равновесие за реакциите на йонизация се наричат ​​константи на киселинна дисоциация (K_а). По-силните киселини имат по-висок К_а докато по-слабите киселини имат по-нисък К_а. Сега, точно както при концентрацията на водородни йони, където сте преминали към pH вместо само H, учените използват pK_а за да покаже колко силна или слаба е една киселина. С по-висока склонност към загуба на протон, киселината е по-силна и така pK_а е по-малък.

• Колкото по-висока е стойността на рКа, толкова по-слаба е киселината; колкото по-ниска е стойността на рКа, толкова по-силна е киселината.