Kuidas arvutada vesinikioonide kontsentratsiooni

Vesinikioonide kontsentratsioon ütleb meile, kui happeline või aluseline on antud lahus. Rohkem vesinikioone? Happelisem. Vähem vesinikuioone? Põhilisem. Päris lihtne, eks? Vaatame, kuidas vesinikioonide kontsentratsiooni määratleda ja arvutada. Kõigepealt näete, kuidas saate vesiniku ja hüdroksiidi ioone vees.

Vesi ioniseerub vähesel määral:

See on lihtsustus, kuna vabu vesiniku ioone lahuses tegelikult ei eksisteeri. Nii see tegelikult välja näeb:

Vesiniksideme kaudu seondub vesinikioon vesimolekuliga, et luua H₃O⁺või hüdroonium. Seega, kui arvutate vesinikioonide kontsentratsiooni, arvutate ka hüdrooniumioonide kontsentratsiooni.

Vee jaoks on veeiooni toode või K_w ütleb meile H kontsentratsiooni⁺ või H₃O⁺ ja OH kontsentratsioon^- või hüdroksiidioonid.

Eksperimentaalselt määratud K väärtus oli temperatuuril 25 kraadi Celsiuse järgi_W on 1,0 x 10^-14 M².

Heidame pilgu sellele, kuidas saate kasutada oma teadmisi dissotsiatsioonist ja K-st_W vesinikioonide kontsentratsiooni arvutamiseks kas tugevate hapete või aluste jaoks.

Tugev hape suurendab vesinikioonide kontsentratsiooni olemasolevate hüdroksiidioonide kohal.

Näiteks on HCl:

Kuna HCl on tugev hape, dissotsieerub see vees täielikult. Oletame, et teil on 1,5 M HCl lahus. Kui suur on vesinikioonide kontsentratsioon?

Noh, see on üsna lihtne ja ei vaja isegi matemaatikat! Kuna hape dissotsieerub, on vesinikioonide kontsentratsioon sama, mis lahuse molaarsus. Sel juhul tähendab see vesinikioonide kontsentratsiooni või [H⁺] on 1,5 M.

Tugevas aluses on seevastu rohkem hüdroksiidi ioone kui vesiniku ioone. Oletame, et teil on 0,1 M NaOH lahus. Mis on H kontsentratsioon⁺ sel juhul? Nüüd peate kasutama oma teadmisi K-st_W.

Teate, et kuna see tugev alus dissotsieerub, on hüdroksiidi või OH- kontsentratsioon võrdne lahuse molaarsusega. [OH-] = 0,1 M.

Niisiis,

Lahenduse [H +] jaoks saate:

See on mõistlik! Kuna tegemist on aluselise lahusega, on hüdroksiidi ioone palju rohkem kui vesiniku ioone.

Nüüd on vesinikioonide kontsentratsiooni arutamiseks kogu aeg teaduslike märkustega tegelemine veidi tülikas. Selle asemel kasutavad teadlased pH-skaalat.

Siin on pH määratlus:

pH on vesiniku kontsentratsiooni negatiivne log. Täht p tähendab sõna otseses mõttes negatiivset logi.

Niisiis, kui pH väärtus on 5,5, leiate vesinikioonide kontsentratsiooni:

Negatiivse sukeldumine ja pöördlogi võtmine annab teile:

Lahendades saate:

PH = 5,5 lahuse vesinikioonide kontsentratsioon on 3,2 * 10^-6M. Vaata, sellepärast on pH-st rääkimine palju lihtsam kui kogu pikk number, mille vastuse saamiseks saite! PH 5,5 näitab teile happesust ja molaarsust saate arvutada, kui seda vajate.

Tugevate hapete vesinikioonide kontsentratsiooni arvutamine on piisavalt lihtne, kuna need eralduvad täielikult lahuses, on vesinikioonide kontsentratsiooni arvutamine nõrkades hapetes vaid vähe keerulisem. Need happed ei ioniseeru vees täielikult. Igal happel on kalduvus vesilahuses vesinikiooni kaotada. Tugevam hape kaotab oma vesinikuiooni tõenäolisemalt kui nõrk hape.

Ionisatsioonireaktsioonide tasakaalukonstandid on happe dissotsiatsioonikonstandid (K_a). Tugevamatel hapetel on suurem K_a nõrgematel hapetel on madalam K_a. Nüüd, nagu vesinikioonide kontsentratsiooni puhul, kus muutsite pH asemel H, kasutasid teadlased pK-d_a et näidata, kui tugev või nõrk hape on. Kõrgema prootoni kaotamise kalduvuse korral on hape tugevam ja nii on pK_a on väiksem.

• Mida suurem on pKa väärtus, seda nõrgem on hape; mida madalam on pKa väärtus, seda tugevam on hape.