אין ספק ששמעתם על סולם ה- pH, המשמש למדידת מידת חומצה של תמיסה (למשל חומץ או אקונומיקה). אתה בטח חושב על חומצות כעל טארט (למשל, חומצת לימון היא מרכיב נפוץ בסוכריות חמוצות) ולעתים מסוכנת (רוב האנשים ללמוד לשייך את המילה "חומצה" ל"נזק לעור פוטנציאלי "לפני שמגיעים לבגרות, ולו רק מסרטים מהוליווד או חדשות נוראיות דיווחים).
אבל מהי חומצה, מבחינה כימית? והאם ישנם מאפיינים בודדים של חומצות שונות המקלים על קביעת ה- pH של תמיסה, כל עוד אתה יודע את הריכוז הטוחני של החומצה המומסת בתמיסה זו? תכונה "חתימה" זו נקראת קבוע דיסוציאציה חומציתקא. לפעמים כתוב בצורה לא פורמלית כמו ka, אתה יכול לחשב את ה- pH בצורה פשוטה ומתמטית.
חומצות בפתרון
חומצה היא מולקולה שיכולה לתרום פרוטון (ולעתים נדירות, יותר מפרוטון אחד ברצף) בתמיסה מימית, כלומר כאשר הוא מומס במים, כדי להיות מיונן. משמעות הדבר היא כי הפרוטון (H+) נותר "לצוף" בין מולקולות המים, שם הוא מיוצג לעיתים קרובות כ- יון הידרוניום (ח3או+) בגלל יכולתם של מים לקבל פרוטונים שנתרמו אלה. המולקולה שנותרה מאחור היא אניון.
דוגמא: חומצה פחמנית (ח2שיתוף3) תורם פרוטון בתמיסה מימית כדי להפוך ל- H+ (מבוטא לעיתים קרובות כ- H3או+) וביקרבונט (HCO3−).
חומצות חזקות כמו חומצה הידרוכלורית (HCl) תורמות "בשקיקה" יותר פרוטונים מאשר החומצות החלשות הרבה יותר, כלומר הם יכולים להוריד פרוטונים גם בסביבת pH נמוכה, כלומר אחד שכבר עשיר בפרוטונים ולכן לא עצמו "להוט" לקחת יותר. חומצות חלשות להוטות לתרום את הפרוטונים שלהן רק כאשר ה- pH הסביבתי גבוה, כלומר ריכוז הפרוטון נמוך יחסית.
מהו סולם ה- pH?
למעלה קראת ש- pH נמוך מרמז על סביבה עם הרבה פרוטונים המשוחררים מחומצותיהם. כשזה קורה, סולם ה- pH הוא סולם לוגריתמי או "לוג" אשר לצרכים מעשיים נע בין 1 ל -14, בין הכי חומצי לפחות. המשוואה ל- pH היא:
pH = -log_ {10} [H ^ {+}]
הנה, [H +] הוא ריכוז הטוחנת (כלומר מספר השומות, או אטומים / מולקולות בודדות, לליטר תמיסה) של פרוטונים. כל עלייה פי עשרה בריכוז הפרוטונים מניע את ה- pH מטה לפי יחידה שלמה אחת ולהפך.
דוגמא: מהו ה- pH של תמיסה של תמיסת פרוטונים של 0.025 M?
pH = −log10[0.025 mol / L] = 1.602
יינון החומצה קבוע קא
לכל חומצה קבוע יינון משלה, הניתן על ידי:
K_ {a} = \ dfrac {[A ^ {-}] [H_ {3} O ^ {+}]} {[HA]}
הנה, [א−], [ח3או+] ו- [HA] מייצגים את ריכוזי שיווי המשקל של חומצה מיוננת, פרוטונים וחומצה מאוגדת (כלומר "שלמה") בהתאמה. קא ובכך מציע מדד ל"התלהבות "של חומצה לפרוק פרוטונים וכך הוא כוח; ככל שהחומצה מתנתקת בצורה חזקה יותר בשיווי משקל, כך המונה גבוה יותר ביחס למכנה במשוואה זו וככל ש- Kא.
חישוב ה- pH מ- pKa: משוואת הנדרסון-האסלבך
אתה יכול לחשב את ה- pH של תמיסה בהתחשב ב- pKa של החומצה והריכוזים לעיל, זה של הפרוטונים שנתרמו. מחשוב pKא מ- Kא פירושו לבצע אותה פעולה כמו עם pH: קח את הלוגריתם השלילי של Kאויש תשובתך.
הגזירה מעורבת, אך ה משוואת הנדרסון-האסלבך מתייחס לכמויות אלה באופן הבא:
pH = pKa + log_ {10} \ dfrac {[A ^ {-}]} {[HA]}
דוגמא: ה- Kא של חומצה אצטית, המרכיב העיקרי של חומץ, הוא 1.77 × 10−5. מה ה- pH של תמיסה בה 1/10 מהחומצה מתנתקת?
כדי לפתור, ראשית קבעו את pKa, שהוא פשוט - log10(1.77 × 10−5) = 4.75. ואז השתמש בעובדה שהיחס בין [A−] ל- [HA} = 1/10 = 0.1
pH = 4.75 + יומן10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
משמעות הדבר היא שב- pH נמוך מ- pKa של חומצה אצטית, פחות ממחצית יתנתקו או יוננו; בערכי pH גבוהים יותר, יותר ממחצית יהיו מיוננים. ואכן, אם אתה מגדיר [A -] = [HA], אתה מגלה ש- pKa של חומצה הוא פשוט ה- pH שבו מחצית החומצה מתנתקת וחצי "שלם".