Kaip apskaičiuoti vandenilio jonų koncentraciją

Vandenilio jonų koncentracija nurodo, koks rūgštus ar bazinis yra bet kuris tirpalas. Daugiau vandenilio jonų? Rūgštesnė. Mažiau vandenilio jonų? Paprasčiau. Gana paprasta, tiesa? Pažvelkime, kaip apibrėžti ir apskaičiuoti vandenilio jonų koncentraciją. Pirmiausia pamatysite, kaip vandenyje gausite vandenilio jonus ir hidroksido jonus.

Vanduo mažai jonizuojasi:

Tai yra supaprastinimas, nes laisvųjų vandenilio jonų tirpale iš tikrųjų nėra. Tai iš tikrųjų atrodo:

Vandenilio jonas jungdamasis su vandeniliu jungiasi su vandens molekule ir sukuria H₃O⁺arba hidronio. Taigi, apskaičiuodami vandenilio jonų koncentraciją, skaičiuojate ir hidronio jonų koncentraciją.

Vandeniui vandens jonų produktas arba K._w pasako mums H koncentraciją⁺ arba H₃O⁺ ir OH koncentracija^- arba hidroksido jonai.

Esant 25 laipsnių Celsijaus temperatūrai, eksperimentiškai nustatyta K vertė_W yra 1,0 x 10^-14 M².

Pažvelkime, kaip galite panaudoti savo žinias apie atsiribojimą ir K_W apskaičiuoti vandenilio jonų koncentraciją stiprioms rūgštims arba bazėms.

Stipri rūgštis padidina vandenilio jonų koncentraciją virš esančių hidroksido jonų.

Pavyzdys yra HCl:

Kadangi HCl yra stipri rūgštis, ji visiškai disocijuoja vandenyje. Tarkime, kad turite 1,5 M HCl tirpalą. Kokia vandenilio jonų koncentracija?

Na, tai yra gana paprasta ir net nereikia jokios matematikos! Kadangi rūgštis visiškai disocijuoja, vandenilio jonų koncentracija yra tokia pati kaip ir tirpalo moliarumas. Šiuo atveju tai reiškia vandenilio jonų koncentraciją arba [H⁺] yra 1,5 mln.

Kita vertus, stiprioje bazėje yra daugiau hidroksido jonų nei vandenilio jonų. Tarkime, kad turite 0,1 M NaOH tirpalą. Kokia yra H koncentracija⁺ tokiu atveju? Dabar turėsite panaudoti savo žinias apie K_W.

Jūs žinote, kad kadangi ši stipri bazė visiškai disocijuoja, hidroksido arba OH- koncentracija yra lygi tirpalo moliarumui. [OH-] = 0,1 M.

Taigi,

Spręsdami [H +] gausite:

Tai yra prasminga! Kadangi tai yra bazinis tirpalas, hidroksido jonų yra daug daugiau nei vandenilio jonų.

Dabar nuolat diskutuoti vandenilio jonų koncentracija su moksliniais užrašais yra šiek tiek sudėtinga. Vietoj to, mokslininkai naudoja pH skalę.

Štai pH apibrėžimas:

pH yra neigiamas vandenilio koncentracijos logaritmas. Raidė p pažodžiui reiškia neigiamą žurnalą.

Taigi, jei pH vertė yra 5,5, galite rasti vandenilio jonų koncentraciją:

Nardymas neigiamuoju ir atvirkštinio žurnalo naudojimas suteikia jums:

Spręsdami gausite:

Vandenilio jonų koncentracija tirpale, kurio pH = 5,5, yra 3,2 * 10^-6M. Štai, todėl kalbėti apie pH yra daug lengviau nei visą ilgą skaičių, kurį gavote atsakymui! 5,5 pH rodo apie rūgštingumą, o jei reikia, galite apskaičiuoti moliarumą.

Nors stiprių rūgščių vandenilio jonų koncentraciją apskaičiuoti yra pakankamai lengva, nes jie disocijuoja visiškai tirpale, vandenilio jonų koncentraciją silpnose rūgštyse apskaičiuoti yra tik nedaug kebliau. Šios rūgštys vandenyje nevisiškai jonizuojasi. Kiekviena rūgštis turi polinkį netekti vandenilio jonų vandeniniame tirpale. Stipresnė rūgštis labiau praranda vandenilio joną nei silpna rūgštis.

Jonizacijos reakcijų pusiausvyros konstantos vadinamos rūgščių disociacijos konstantomis (K_a). Stipresnėse rūgštyse K yra didesnis_a o silpnesnių rūgščių K yra mažesnis_a. Dabar, kaip ir vandenilio jonų koncentracijoje, kai jūs pakeitėte pH, o ne tik H, mokslininkai naudoja pK_a nurodyti, kokia stipri ar silpna rūgštis. Esant didesniam polinkiui prarasti protoną, rūgštis yra stipresnė, todėl pK_a yra mažesnis.

• Kuo didesnė pKa vertė, tuo silpnesnė rūgštis; kuo mažesnė pKa vertė, tuo stipresnė rūgštis.