Πώς να υπολογίσετε το pH ενός ισχυρού οξέος

Αν θέλετε να γίνετε επιτυχημένοι στη χημεία, πρέπει να κατανοήσετε τα οξέα και τις βάσεις. Δεν πρέπει μόνο να καταλάβετε ποιες είναι αυτές οι ενώσεις και πώς συμπεριφέρονται σε διάλυμα, αλλά και να είστε σε θέση να αποδώσετε απλοί υπολογισμοί του pH και κατανοήστε γιατί η συμπεριφορά των ισχυρών οξέων απλοποιεί τους υπολογισμούς που τους αφορούν ουσίες.

Κατ 'αρχάς, πρέπει να γνωρίζετε ότι στη χημεία, συγκέντρωση εκφράζεται συχνά σε γραμμομόρια ανά μονάδα όγκου, συνήθως λίτρα (mol / L) και όχι σε μονάδες μάζας ανά λίτρο. Ο αριθμός γραμμαρίων σε 1 mol μιας ουσίας μπορεί να προσδιοριστεί από τις γραμμομοριακές μάζες ή τα μοριακά βάρη των συστατικών της ατόμων, διαθέσιμα στον περιοδικό πίνακα στοιχείων.

• Η ποσότητα mol / L γράφεται συνήθως ως το μοναδικό σύμβολο Μ.

Ένα οξύ είναι μια ένωση που δίνει ένα πρωτόνιο σε υδατικό διάλυμα. Αυτό το πρωτόνιο μερικές φορές αντιπροσωπεύεται σε εξισώσεις ως αυτόνομο πρωτόνιο (Η⁺ή ως ιόν υδρονίου (πρωτόνιο συν νερό: Η₃Ο⁺). Το άλλο συστατικό του διαλυμένου οξέος ονομάζεται βάση σύζευξης. Ο γενικός τύπος για τη διάσταση ενός οξέος είναι HA → H

Οι βάσεις, από την άλλη πλευρά, χρησιμεύουν ως οι αναστολείς οξέων: Δέχονται εύκολα πρωτόνια, ισοδυναμούν με δωρεά ιόντων υδροξειδίου (OH^–) σε υδατικό διάλυμα. Το υπόλοιπο μιας διαχωρισμένης βάσης ονομάζεται συζυγές οξύ, και είναι συχνά ένα μεταλλικό κατιόν όπως το Na⁺.

Το pH, ή "ισχύς υδρογόνου", είναι μια τιμή γενικά (αλλά όχι μαθηματικά) που περιορίζεται στο αριθμητικό εύρος από 0 έως 14,0. Τα όξινα διαλύματα έχουν χαμηλό pH, τα ουδέτερα διαλύματα (όπως καθαρό νερό) έχουν pH 7 και τα βασικά διαλύματα έχουν υψηλότερο pH αξίες.

Μαθηματικά, το ρΗ είναι μόνο το αρνητικό του λογάριθμου στη βάση 10 της συγκέντρωσης Η⁺ (ή Η₃Ο⁺) ιόντα: pH = –log₁₀[Η +]. Εφόσον έχετε αριθμομηχανή και είστε προσεκτικοί με τις δυνάμεις σας των 10, αυτοί οι υπολογισμοί είναι απλοί.

Ένα ισχυρό οξύ είναι εκείνο που εγκαταλείπει εύκολα τα πρωτόνια του και το κάνει ακόμη και όταν το pH περιβάλλοντος είναι χαμηλό, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν ήδη πολλά πρωτόνια που κυμαίνονται γύρω. Τα αδύναμα οξέα δεν εγκαταλείπουν τα πρωτόνια τους τόσο εύκολα, ενώ αποσυνδέονται σε σημαντικό βαθμό μόνο όταν το pH είναι πιο κοντά στο ουδέτερο. Ισχυρές βάσεις, ομοίως, εγκαταλείπουν εύκολα ιόντα υδροξειδίου ακόμη και σε διαλύματα υψηλού ρΗ.

Στις περιεκτικότητες του οξέος και των βάσεων μπορεί να αποδοθεί μια τιμή: pK_ένα, ή το σταθερά διάστασης οξέος, η τιμή του pH στην οποία το μισό οξύ έχει δωρίσει τα πρωτόνια του ενώ το άλλο μισό παραμένει στη συζευγμένη κατάσταση. (Οι βάσεις το μαντέψατε, pK_σι ισχυρότερα οξέα έχουν έτσι χαμηλότερο pK_ένα αξίες.

Το υδροχλωρικό οξύ, ή HCl, είναι ένα πολύ γνωστό και κοινό ισχυρό οξύ. Οι χρήσεις υδροχλωρικού οξέος περιλαμβάνουν εργαστήρια αποθήκευσης κολλεγίων και χημείων γυμνασίου σε όλο τον κόσμο, καθώς και πλήθος βιομηχανικών και κατασκευαστικών εφαρμογών.

Παράδειγμα: Υπολογίστε το ρΗ ενός 0,100 Μ διαλύματος HCl.

Δεδομένου ότι το HCl είναι ένα ισχυρό οξύ, ιονίζεται πλήρως και το ρΗ του HCl σε διάλυμα μπορεί να βρεθεί από τη συγκέντρωση (μοριακότητα) των ιόντων Η +, εξ ορισμού ίση με 0,100 Μ. (Η συζυγιακή βάση του οξέος, που είναι το χλωριούχο ιόν Cl^–, θα είχε επίσης συγκέντρωση 0.100 M.)

Το pH είναι λοιπόν –log (0.100) = 1.000.

Σαφώς, οι υψηλότερες τιμές μοριακότητας θα αποδώσουν χαμηλότερες τιμές ρΗ και αντίστροφα για HCl (ή οποιοδήποτε οξύ).

Εάν δεν θέλετε να βγείτε μια αριθμομηχανή και θέλετε να μάθετε για τη χημική συμπεριφορά μερικών πιο ισχυρών οξέων, ανατρέξτε στη σελίδα στους πόρους.