Hydrogenionkoncentration fortæller os, hvor sur eller basisk en given opløsning er. Flere brintioner? Mere surt. Færre brintioner? Mere grundlæggende. Ret simpelt, ikke? Lad os se på, hvordan man definerer og beregner hydrogenionkoncentration. Først vil du se, hvordan du får brintioner og hydroxidioner i vand.
Selvionisering af vand
Vand ioniserer sig i ringe grad:
Dette er en forenkling, da frie brintioner faktisk ikke findes i opløsning. Sådan ser det faktisk ud:
Gennem hydrogenbinding forbinder hydrogenionen med et vandmolekyle for at skabe H3O+, eller hydronium. Når du således beregner hydrogenionkoncentrationen, beregner du også hydroniumionkoncentrationen.
For vand, vandionprodukt eller Kw fortæller os koncentrationen af H+ eller H3O+ og koncentrationen af OH- eller hydroxidioner.
Ved 25 grader Celsius blev den eksperimentelt bestemte værdi af KW er 1,0 x 10-14 M2.
Lad os se på, hvordan du kan bruge din viden om dissociation og KW at beregne hydrogenionkoncentrationen for enten stærke syrer eller baser.
Beregning af hydrogenionkoncentrationen ud fra molariteten af en stærk syre
En stærk syre øger hydrogenionkoncentrationen i forhold til tilstedeværende hydroxidioner.
Et eksempel er HCl:
Da HCI er en stærk syre, adskiller den sig fuldstændigt i vand. Så lad os sige, at du har en 1,5 M HCl-løsning. Hvad er hydrogenionkoncentrationen?
Nå, dette er ret simpelt og kræver ikke engang matematik! Da syren adskiller sig fuldstændigt, er hydrogenionkoncentrationen den samme som opløsningens molaritet. I dette tilfælde betyder det koncentrationen af hydrogenioner eller [H+], er 1,5M.
På den anden side har en stærk base flere hydroxidioner end hydrogenioner. Lad os sige, at du har en 0,1 M opløsning af NaOH. Hvad er koncentrationen af H+ I dette tilfælde? Nu skal du bruge din viden om KW.
Du ved, at da denne stærke base adskiller sig fuldstændigt, er hydroxidet eller OH-, koncentrationen lig med opløsningens molaritet. [OH-] = 0,1 M.
Så,
Løsning for [H +] får du:
Dette giver mening! Da det er en grundlæggende løsning, er der langt flere hydroxidioner, end der er hydrogenioner.
Beregning af hydrogenionkoncentrationen ud fra pH
Nu er det lidt besværligt at beskæftige sig med videnskabelig notation hele tiden for at diskutere hydrogenionkoncentration. I stedet bruger forskere pH-skalaen.
Her er definitionen af pH:
pH er den negative log for brintkoncentrationen. Bogstavet p betyder bogstaveligt negativ log.
Så givet en pH-værdi på 5,5 kan du finde hydrogenionkoncentrationen:
At dykke ved negativ og tage den inverse log giver dig:
Løsning får du:
Hydrogenionkoncentrationen i en opløsning med pH = 5,5 er 3,2 * 10-6M. Se, det er derfor, det er meget nemmere at tale om en pH-værdi end hele det lange tal, du fik for et svar! En pH på 5,5 fortæller dig om surhedsgrad, og du kan beregne molariteten, hvis du har brug for det.
Hvad betyder pKa-værdier?
Mens beregningen af koncentrationen af brintioner af stærke syrer er let nok, da de adskiller sig helt i opløsning, beregning af koncentrationen af brintioner i svage syrer er bare lidt sværere. Disse syrer ioniserer ikke fuldstændigt i vand. Hver syre har en tendens til at miste en hydrogenion i en vandig opløsning. En stærkere syre er mere tilbøjelige til at miste sin hydrogenion end en svag syre.
Ligevægtskonstanter til ioniseringsreaktioner kaldes syredissociationskonstanter (K-en). Stærkere syrer har en højere K-en mens svagere syrer har en lavere K-en. Nu, ligesom med hydrogenionkoncentration, hvor du skiftede til pH i stedet for kun H, bruger forskere pK-en for at angive, hvor stærk eller svag en syre er. Med en højere tendens til at miste en proton er syren stærkere, og så pK-en er mindre.
Tips
Jo højere en pKa-værdi, jo svagere er syren; jo lavere pKa-værdi er, desto stærkere er syren.