Come calcolare la concentrazione di ioni idrogeno

La concentrazione di ioni idrogeno ci dice quanto sia acida o basica una data soluzione. Più ioni idrogeno? Più acido. Meno ioni idrogeno? Più basilare. Abbastanza semplice, vero? Diamo un'occhiata a come definire e calcolare la concentrazione di ioni idrogeno. Innanzitutto, vedrai come ottenere ioni idrogeno e ioni idrossido nell'acqua.

L'acqua si autoionizza in piccola parte:

Questa è una semplificazione, poiché gli ioni di idrogeno liberi in realtà non esistono in soluzione. Questo è come appare in realtà:

Attraverso il legame idrogeno, lo ione idrogeno si associa a una molecola d'acqua per creare H₃oh⁺, o idronio. Pertanto, quando si calcola la concentrazione di ioni idrogeno, si calcola anche la concentrazione di ioni idronio.

Per l'acqua, il prodotto agli ioni d'acqua o K_w ci dice la concentrazione di H⁺ o H₃oh⁺ e la concentrazione di OH^- o ioni idrossido.

A 25 gradi Celsius, il valore di K. determinato sperimentalmente_W è 1.0 x 10 x^-14 M².

Diamo un'occhiata a come puoi usare la tua conoscenza della dissociazione e K

Un acido forte aumenta la concentrazione di ioni idrogeno rispetto agli ioni idrossido presenti.

Un esempio è HCl:

Poiché HCl è un acido forte, si dissocia completamente in acqua. Quindi, supponiamo che tu abbia una soluzione di HCl 1,5 M. Qual è la concentrazione di ioni idrogeno?

Bene, questo è abbastanza semplice e non richiede nemmeno matematica! Poiché l'acido si dissocia completamente, la concentrazione di ioni idrogeno è la stessa della molarità della soluzione. In questo caso ciò significa la concentrazione di ioni idrogeno, o [H⁺], è 1,5 M.

Una base forte, d'altra parte, ha più ioni idrossido che ioni idrogeno. Diciamo che hai una soluzione 0,1 M di NaOH. Qual è la concentrazione di H⁺ in questo caso? Ora avrai bisogno di usare la tua conoscenza di K_W.

Sai che poiché questa base forte si dissocia completamente, la concentrazione di idrossido, o OH-, è uguale alla molarità della soluzione. [OH-] = 0,1 M.

Così,

Risolvendo per [H+] ottieni:

Questo ha senso! Poiché è una soluzione basica, ci sono molti più ioni idrossido di quanti ioni idrogeno ci siano.

Ora, occuparsi sempre della notazione scientifica per discutere della concentrazione di ioni idrogeno è un po' macchinoso. Invece, gli scienziati usano la scala del pH.

Ecco la definizione di pH:

Il pH è il log negativo della concentrazione di idrogeno. La lettera p significa letteralmente log negativo.

Quindi, dato un valore di pH di 5,5 puoi trovare la concentrazione di ioni idrogeno:

Immergersi per uno negativo e prendere il log inverso ti dà:

Risolvendo si ottiene:

La concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione con pH = 5,5 è 3,2*10^-6m. Vedi, questo è il motivo per cui parlare di un pH è molto più facile dell'intero lungo numero che hai ottenuto per una risposta! Un pH di 5,5 ti indica l'acidità e puoi calcolare la molarità se ne hai bisogno.

Mentre calcolare la concentrazione di ioni idrogeno di acidi forti è abbastanza facile poiché si dissociano completamente in soluzione, calcolare la concentrazione di ioni idrogeno negli acidi deboli è poco più complicato. Questi acidi non si ionizzano completamente in acqua. Ogni acido ha la tendenza a perdere uno ione idrogeno in una soluzione acquosa. È più probabile che un acido più forte perda il suo ione idrogeno rispetto a un acido debole.

Le costanti di equilibrio per le reazioni di ionizzazione sono chiamate costanti di dissociazione acida (K_un). Gli acidi più forti hanno un K. più alto_un mentre gli acidi più deboli hanno un K. inferiore_un. Ora, proprio come con la concentrazione di ioni idrogeno, dove si è passati al pH invece che solo all'H, gli scienziati usano pK_un per indicare quanto è forte o debole un acido. Con una maggiore tendenza a perdere un protone, l'acido è più forte e quindi il pK_un è più piccolo.

• Più alto è il valore di pKa, più debole è l'acido; più basso è il valore pKa più forte è l'acido.