Η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου μάς λέει πόσο όξινο ή βασικό είναι κάθε δεδομένη λύση. Περισσότερα ιόντα υδρογόνου; Πιο όξινο. Λιγότερα ιόντα υδρογόνου; Πιο βασικό. Πολύ απλό, σωστά; Ας ρίξουμε μια ματιά στον τρόπο καθορισμού και υπολογισμού της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου. Πρώτον, θα δείτε πώς παίρνετε ιόντα υδρογόνου και ιόντα υδροξειδίου στο νερό.
Αυτο-ιονισμός του νερού
Το νερό ιονίζεται σε μικρό βαθμό:
Αυτή είναι μια απλοποίηση, καθώς τα ελεύθερα ιόντα υδρογόνου δεν υπάρχουν στην πραγματικότητα σε διάλυμα. Αυτό μοιάζει στην πραγματικότητα:
Μέσω της σύνδεσης υδρογόνου, το ιόν υδρογόνου συνδέεται με ένα μόριο νερού για τη δημιουργία Η3Ο+, ή υδρόνιο. Έτσι, όταν υπολογίζετε τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, υπολογίζετε επίσης τη συγκέντρωση ιόντων υδρονίου.
Για το νερό, το προϊόν ιόντων νερού ή κβ μας λέει τη συγκέντρωση του Η+ ή Η3Ο+ και η συγκέντρωση του ΟΗ- ή ιόντα υδροξειδίου.
Σε 25 βαθμούς Κελσίου, η πειραματικά προσδιορισμένη τιμή του ΚΔ είναι 1,0 x 10-14 Μ2.
Ας ρίξουμε μια ματιά στον τρόπο με τον οποίο μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις γνώσεις σας σχετικά με τη διάσταση και τον Κ
Δ για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου είτε για ισχυρά οξέα είτε για βάσεις.Υπολογισμός της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου από τη μοριακότητα ενός ισχυρού οξέος
Ένα ισχυρό οξύ αυξάνει τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου έναντι των ιόντων υδροξειδίου που υπάρχουν.
Ένα παράδειγμα είναι το HCl:
Δεδομένου ότι το HCl είναι ένα ισχυρό οξύ, διαχωρίζεται εντελώς στο νερό. Ας πούμε λοιπόν ότι έχετε μια λύση 1,5M HCl. Ποια είναι η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου;
Λοιπόν, αυτό είναι πολύ απλό και δεν απαιτεί καν μαθηματικά! Δεδομένου ότι το οξύ διαχωρίζεται πλήρως, η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου είναι η ίδια με τη γραμμομοριακότητα του διαλύματος. Σε αυτήν την περίπτωση αυτό σημαίνει τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, ή [Η+], είναι 1,5M.
Μια ισχυρή βάση, από την άλλη πλευρά, έχει περισσότερα ιόντα υδροξειδίου από τα ιόντα υδρογόνου. Ας υποθέσουμε ότι έχετε ένα διάλυμα NaOH 0,1M. Ποια είναι η συγκέντρωση του Η+ σε αυτήν την περίπτωση? Τώρα, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε τις γνώσεις σας για το ΚΔ.
Γνωρίζετε ότι επειδή αυτή η ισχυρή βάση αποσυντίθεται πλήρως, η συγκέντρωση υδροξειδίου ή ΟΗ- είναι ίση με τη μοριακότητα του διαλύματος. [OH-] = 0,1 Μ.
Ετσι,
Επίλυση για [H +] παίρνετε:
Αυτό βγάζει νόημα! Δεδομένου ότι είναι μια βασική λύση υπάρχουν πολύ περισσότερα ιόντα υδροξειδίου από τα ιόντα υδρογόνου.
Υπολογισμός της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου από το pH
Τώρα, η αντιμετώπιση της επιστημονικής σημειογραφίας συνεχώς για τη συζήτηση της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου είναι λίγο δυσκίνητη. Αντ 'αυτού, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την κλίμακα pH.
Εδώ είναι ο ορισμός του pH:
Το pH είναι το αρνητικό λογότυπο της συγκέντρωσης υδρογόνου. Το γράμμα p σημαίνει κυριολεκτικά αρνητικό ημερολόγιο.
Έτσι, με τιμή pH 5,5 μπορείτε να βρείτε τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου:
Η κατάδυση με αρνητική και η αντίστροφη καταγραφή σας δίνει:
Λύνοντας, παίρνετε:
Η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου ενός διαλύματος με ρΗ = 5,5 είναι 3,2 * 10-6Μ. Βλέπετε, αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο μιλάτε για ένα pH είναι πολύ πιο εύκολο από τον ολόκληρο μεγάλο αριθμό που λάβατε για απάντηση! Ένα pH 5,5 σάς ενημερώνει για την οξύτητα και μπορείτε να υπολογίσετε τη μοριακότητα εάν τη χρειάζεστε.
Τι σημαίνουν οι τιμές pKa;
Ενώ ο υπολογισμός της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου των ισχυρών οξέων είναι αρκετά εύκολος αφού διαχωρίζονται εντελώς σε διάλυμα, ο υπολογισμός της συγκέντρωσης ιόντων υδρογόνου σε ασθενή οξέα είναι λίγο πιο δύσκολο. Αυτά τα οξέα δεν ιονίζονται πλήρως στο νερό. Κάθε οξύ έχει την τάση να χάνει ένα ιόν υδρογόνου σε ένα υδατικό διάλυμα. Ένα ισχυρότερο οξύ είναι πιο πιθανό να χάσει το ιόν του υδρογόνου από ένα ασθενές οξύ.
Οι σταθερές ισορροπίας για αντιδράσεις ιονισμού είναι σταθερές διαχωρισμού οξέων κλήσεων (Κένα). Τα ισχυρότερα οξέα έχουν υψηλότερο Κένα ενώ τα ασθενέστερα οξέα έχουν χαμηλότερο Κένα. Τώρα, όπως και με τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, όπου κάνατε τη μετάβαση στο pH αντί για το Η, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το pKένα για να δείξει πόσο ισχυρό ή ασθενές είναι ένα οξύ. Με υψηλότερη τάση να χάσετε ένα πρωτόνιο, το οξύ είναι ισχυρότερο, και έτσι το pKένα είναι μικρότερο.
Συμβουλές
Όσο υψηλότερη είναι η τιμή pKa, τόσο ασθενέστερο είναι το οξύ. όσο χαμηλότερη είναι η τιμή pKa τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ.