Koncentrace vodíkových iontů nám říká, jak kyselé nebo zásadité je dané řešení. Více vodíkových iontů? Kyselější. Méně vodíkových iontů? Základní. Docela jednoduché, že? Pojďme se podívat, jak definovat a vypočítat koncentraci vodíkových iontů. Nejprve uvidíte, jak ve vodě dostanete ionty vodíku a hydroxidu.
Vlastní ionizace vody
Voda se v malé míře ionizuje:
Toto je zjednodušení, protože volné vodíkové ionty ve skutečnosti ve skutečnosti neexistují. Takto to ve skutečnosti vypadá:
Vodíkovou vazbou se vodíkový ion spojuje s molekulou vody a vytváří H3Ó+nebo hydronium. Když tedy počítáte koncentraci vodíkových iontů, počítáte také koncentraci hydroniových iontů.
Pro vodu je vodní iontový produkt nebo K.w říká nám koncentraci H+ nebo H3Ó+ a koncentrace OH- nebo hydroxidové ionty.
Při 25 stupních Celsia byla experimentálně zjištěná hodnota K.Ž je 1,0 x 10-14 M2.
Pojďme se podívat na to, jak můžete využít své znalosti disociace a K.Ž pro výpočet koncentrace vodíkových iontů buď pro silné kyseliny, nebo pro báze.
Výpočet koncentrace vodíkových iontů z molarity silné kyseliny
Silná kyselina zvyšuje koncentraci vodíkových iontů nad přítomnými hydroxidovými ionty.
Příkladem je HCl:
Vzhledem k tomu, že HCl je silná kyselina, disociuje úplně ve vodě. Řekněme tedy, že máte 1,5M roztok HCl. Jaká je koncentrace vodíkových iontů?
To je docela jednoduché a nevyžaduje to ani žádnou matematiku! Protože kyselina úplně disociuje, je koncentrace vodíkových iontů stejná jako molarita roztoku. V tomto případě to znamená koncentraci vodíkových iontů neboli [H+], je 1,5M.
Silná báze má naproti tomu více hydroxidových iontů než vodíkových iontů. Řekněme, že máte 0,1 M roztok NaOH. Jaká je koncentrace H+ v tomto případě? Nyní budete muset využít své znalosti KŽ.
Víte, že protože tato silná báze úplně disociuje, hydroxid neboli OH- se koncentrace rovná molaritě roztoku. [OH-] = 0,1 M.
Tak,
Řešení pro [H +] získáte:
To dává smysl! Jelikož se jedná o základní řešení, existuje mnohem více hydroxidových iontů než vodíkových iontů.
Výpočet koncentrace vodíkových iontů z pH
Nyní je stále obtížné zabývat se vědeckou notací a diskutovat o koncentraci vodíkových iontů. Místo toho vědci používají stupnici pH.
Zde je definice pH:
pH je záporný logaritmus koncentrace vodíku. Písmeno p doslovně znamená negativní log.
Při dané hodnotě pH 5,5 tedy najdete koncentraci vodíkových iontů:
Potápění s negativním a využití inverzního protokolu vám dává:
Řešení získáte:
Koncentrace vodíkových iontů v roztoku s pH = 5,5 je 3,2 x 10-6M. Vidíte, proto je mluvení o pH mnohem jednodušší než celé dlouhé číslo, které jste dostali za odpověď! Hodnota pH 5,5 vám řekne o kyselosti a pokud potřebujete, můžete vypočítat molaritu.
Co znamenají hodnoty pKa?
Výpočet koncentrace vodíkových iontů silných kyselin je poměrně snadný, protože disociují zcela v roztoku, výpočet koncentrace vodíkových iontů ve slabých kyselinách je jen málo složitější. Tyto kyseliny ve vodě zcela neionizují. Každá kyselina má tendenci ztrácet vodíkový ion ve vodném roztoku. Silnější kyselina pravděpodobně ztratí svůj vodíkový iont než slabá kyselina.
Rovnovážné konstanty pro ionizační reakce se nazývají kyselé disociační konstanty (K.A). Silnější kyseliny mají vyšší KA zatímco slabší kyseliny mají nižší KA. Nyní, stejně jako u koncentrace vodíkových iontů, kde jste přepnuli na pH místo pouhého H, vědci používají pKA k označení, jak silná nebo slabá kyselina je. S vyšší tendencí ke ztrátě protonu je kyselina silnější, a tedy i pKA je menší.
Tipy
Čím vyšší je hodnota pKa, tím slabší je kyselina; čím nižší je hodnota pKa, tím silnější je kyselina.
