Te pole kahtlemata kuulnud pH-skaalast, mida kasutatakse lahuse (nt äädika või valgendi) happelise mõõtmiseks. Tõenäoliselt arvate, et happed on hapukad (näiteks sidrunhape on hapukommide tavaline koostisosa) ja kohati ohtlik (enamik inimesi õppige enne täiskasvanuks saamist seostama sõna "hape" "võimalike nahakahjustustega", isegi ainult Hollywoodi filmide või kohutavate uudiste põhjal aruanded).
Kuid mis on keemiliselt öeldes hape? Ja kas on olemas erinevate hapete üksikud omadused, mis muudavad lahuse pH määramise lihtsamaks, kui teate selles lahuses lahustunud happe molaarset kontsentratsiooni? Seda "allkirja" omadust nimetatakse happe dissotsiatsioonikonstantKa. Mõnikord mitteametlikult kirjutatuna ka, saate pH arvutada matemaatiliselt otse.
Happed lahuses
Hape on molekul, mis võib annustada prootoni (ja harva rohkem kui ühe prootoni järjest) vesilahuses, st vees lahustatuna, ioniseerimiseks. See tähendab, et prooton (H+) jäetakse veemolekulide vahel "hõljuma", kus seda sageli tähistatakse kui a
Näide: Süsinikhape (H2CO3) annetab vesiniklahuses prootoni H saamiseks+ (väljendatakse sageli H3O+) ja vesinikkarbonaat (HCO3−).
Tugevad happed nagu vesinikkloriidhape (HCl) loovutavad prootoneid "innukamalt" kui palju arvukamad nõrgad happed, mis tähendab, et nad saavad prootoneid maha laadida ka madala pH-ga keskkonnas, st juba prootonirikkas olekus ega ole seetõttu ise "innukad" neid üles võtma rohkem. Nõrgad happed soovivad oma prootoneid annetada vaid siis, kui ümbritseva keskkonna pH on kõrge, st prootonikontsentratsioon on suhteliselt madal.
Mis on pH skaala?
Eespool lugesite, et madal pH tähendab keskkonda, kus on palju prootoneid, mis on vabastatud vanemhapetest. Nagu juhtub, on pH-skaala logaritmiline või "logi" skaala, mis praktilistel eesmärkidel on vahemikus 1 kuni 14, kõige vähem happeline. PH võrrand on:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
Siin on [H +] prootonite molaarne kontsentratsioon (see tähendab moolide või üksikute aatomite / molekulide arv liitri lahuse kohta). Iga prootonikontsentratsiooni kümnekordne kasv ajab pH-d alla ühe täisarvu ühiku võrra ja vastupidi.
Näide: Kui suur on prootonite 0,025 M lahuse lahuse pH?
pH = -log10[0,025 mol / L] = 1,602
Happeioniseerimise konstant Ka
Igal happel on oma ionisatsioonikonstant, mille annab:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
Siin, [A−], [H3O+] ja [HA] tähistavad vastavalt ioniseeritud happe, prootonite ja liitunud (s.o "puutumata") happe tasakaalukontsentratsiooni. Ka pakub seega mõõdet happe "entusiasmis" prootonite mahalaadimiseks ja on seega tugevus; mida tugevamalt dissotsieerub hape tasakaalus, seda suurem on lugeja selle võrrandi nimetaja suhtes ja seda suurem on Ka.
PH arvutamine pKa põhjal: Hendersoni-Hasselbachi võrrand
Saate arvutada lahuse pH, võttes arvesse happe pKa ja kõrgemaid kontsentratsioone, välja arvatud annetatud prootonite kontsentratsioon. PK arvutaminea pärit K-sta tähendab sama toimingu tegemist nagu pH korral: võetakse K negatiivne logaritmaja teie vastus on olemas.
Tuletis on seotud, kuid Hendersoni-Hasselbachi võrrand seob neid koguseid järgmiselt:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
Näide: Ka äädika põhikomponendi äädikhappe sisaldus on 1,77 × 10−5. Milline on lahuse pH, milles 1/10 happest on dissotsieerunud?
Selle lahendamiseks määrake kõigepealt pKa, mis on lihtsalt −log10(1.77 × 10−5) = 4.75. Seejärel kasutage fakti, et suhe [A−] kuni [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
See tähendab, et kui pH on madalam kui äädikhappe pKa, dissotsieerub või ioniseerub vähem kui pool; kõrgema pH väärtuse korral ioniseeritakse üle poole. Tõepoolest, kui määrate [A -] = [HA], leiate, et happe pKa on lihtsalt pH, mille juures pool happest on dissotsieerunud ja pool "terve".