Kuinka lasketaan vetyionipitoisuus

Vetyionipitoisuus kertoo meille kuinka happama tai emäksinen jokin liuos on. Enemmän vetyioneja? Happamampi. Vähemmän vetyioneja? Perusteellisempi. Melko yksinkertainen, eikö? Katsotaanpa, miten vetyionipitoisuus määritetään ja lasketaan. Ensinnäkin näet, kuinka saat vetyioneja ja hydroksidi-ioneja veteen.

Vesi ionisoituu vähäisessä määrin:

Tämä on yksinkertaistaminen, koska vapaita vetyioneja ei tosiasiassa ole liuoksessa. Näin se todella näyttää:

Vety sitoutumisen kautta vetyioni liittyy vesimolekyyliin H: n muodostamiseksi₃O⁺tai hydronium. Siten kun lasket vetyionipitoisuuden, lasket myös hydroniumionipitoisuuden.

Veden osalta vesi-ionituote tai K_w kertoo meille H-pitoisuuden⁺ tai H₃O⁺ ja OH: n konsentraatio^- tai hydroksidi-ionit.

25 ° C: ssa kokeellisesti määritetty K-arvo_W on 1,0 x 10^-14 M².

Katsotaanpa, miten voit käyttää dissosiaation ja K-tietosi_W laskea vetyionipitoisuus joko vahville hapoille tai emäksille.

Vahva happo lisää vetyionipitoisuutta läsnä olevien hydroksidi-ionien suhteen.

Esimerkki on HCl:

Koska HCl on vahva happo, se hajoaa kokonaan vedessä. Joten sanotaan, että sinulla on 1,5 M HCl-liuos. Mikä on vetyionipitoisuus?

No, tämä on melko yksinkertainen eikä vaadi edes matematiikkaa! Koska happo dissosioituu kokonaan, vetyionipitoisuus on sama kuin liuoksen molaarisuus. Tässä tapauksessa se tarkoittaa vetyionien tai [H⁺] on 1,5 M.

Vahvalla emäksellä on toisaalta enemmän hydroksidi-ioneja kuin vetyioneja. Oletetaan, että sinulla on 0,1 M NaOH-liuos. Mikä on H: n pitoisuus⁺ tässä tapauksessa? Nyt sinun on käytettävä tietosi K: sta_W.

Tiedät, että koska tämä vahva emäs dissosioituu kokonaan, hydroksidin tai OH- pitoisuus on yhtä suuri kuin liuoksen molaarisuus. [OH-] = 0,1 M.

Niin,

Ratkaisemalla [H +] saat:

Tässä on järkeä! Koska se on emäksinen ratkaisu, hydroksidi-ioneja on paljon enemmän kuin vety-ioneja.

Nyt tieteellisen merkinnän käsitteleminen koko ajan vetyionipitoisuuden keskustelemiseksi on hieman hankalaa. Sen sijaan tutkijat käyttävät pH-astetta.

Tässä on pH: n määritelmä:

pH on vetypitoisuuden negatiivinen logaritmi. Kirjain p tarkoittaa kirjaimellisesti negatiivista lokia.

Joten, kun pH-arvo on 5,5, löydät vetyionipitoisuuden:

Sukeltaminen negatiivisella ja käänteisen lokin ottaminen antaa sinulle:

Ratkaisemalla saat:

Liuoksen, jonka pH on 5,5, vetyionipitoisuus on 3,2 * 10^-6M. Katsokaa, siksi puhuminen pH: sta on paljon helpompaa kuin koko pitkä numero, jonka sait vastauksen! PH 5,5 kertoo happamuudesta, ja voit laskea molaarisuuden tarvittaessa.

Vahvojen happojen vetyionien pitoisuuden laskeminen on riittävän helppoa, koska ne hajoavat täysin liuoksessa, vetyionien pitoisuuden laskeminen heikoissa hapoissa on vain vähän hankalampi. Nämä hapot eivät ionisoidu kokonaan vedessä. Jokaisella hapolla on taipumus menettää vetyionia vesiliuoksessa. Vahvempi happo menettää vetyionin todennäköisemmin kuin heikko happo.

Ionisointireaktioiden tasapainovakioita kutsutaan happodissosiaatiovakioiksi (K_a). Vahvemmilla hapoilla on korkeampi K_a kun taas heikommilla hapoilla on alhaisempi K_a. Nyt, aivan kuten vetyionipitoisuuden kohdalla, jossa vaihdat pH-arvoon vain H: n sijasta, tutkijat käyttävät pK: ta_a osoittaa kuinka vahva tai heikko happo on. Suuremmalla taipumuksella menettää protoni, happo on vahvempi, joten pK_a on pienempi.

• Mitä korkeampi pKa-arvo, sitä heikompi happo; mitä pienempi pKa-arvo, sitä vahvempi happo.