Ūdeņraža jonu koncentrācija norāda, cik skābs vai bāzisks ir jebkurš dotais šķīdums. Vairāk ūdeņraža jonu? Skābāka. Mazāk ūdeņraža jonu? Pamata. Diezgan vienkārši, vai ne? Apskatīsim, kā definēt un aprēķināt ūdeņraža jonu koncentrāciju. Pirmkārt, jūs redzēsiet, kā ūdenī iegūst ūdeņraža jonus un hidroksīda jonus.
Ūdens pašjonizācija
Ūdens nedaudz jonizējas:
Tā ir vienkāršošana, jo brīvie ūdeņraža joni šķīdumā faktiski nepastāv. Tas faktiski izskatās šādi:
Caur ūdeņraža savienojumu ūdeņraža jons asociējas ar ūdens molekulu, lai izveidotu H3O+vai hidronijs. Tādējādi, aprēķinot ūdeņraža jonu koncentrāciju, tiek aprēķināta arī hidronija jonu koncentrācija.
Ūdenim ūdens jonu produkts vai Kw stāsta mums H koncentrāciju+ vai H3O+ un OH koncentrācija- vai hidroksīda jonus.
Pie 25 grādiem pēc Celsija eksperimentāli noteiktā K vērtībaW ir 1,0 x 10-14 M2.
Apskatīsim, kā jūs varat izmantot savas zināšanas par disociāciju un KW lai aprēķinātu ūdeņraža jonu koncentrāciju stiprajām skābēm vai bāzēm.
Ūdeņraža jonu koncentrācijas aprēķināšana no stipras skābes molaritātes
Spēcīga skābe palielina ūdeņraža jonu koncentrāciju, salīdzinot ar esošajiem hidroksīda joniem.
Piemērs ir HCl:
Tā kā HCl ir spēcīga skābe, tā pilnībā disociējas ūdenī. Pieņemsim, ka jums ir 1,5 M HCl šķīdums. Kāda ir ūdeņraža jonu koncentrācija?
Nu, tas ir diezgan vienkārši un pat neprasa matemātiku! Tā kā skābe pilnībā disociē, ūdeņraža jonu koncentrācija ir tāda pati kā šķīduma molaritāte. Šajā gadījumā tas nozīmē ūdeņraža jonu vai [H+], ir 1,5 miljoni.
Savukārt spēcīgā bāzē ir vairāk hidroksīda jonu nekā ūdeņraža jonu. Pieņemsim, ka jums ir 0,1 M NaOH šķīdums. Kāda ir H koncentrācija+ šajā gadījumā? Tagad jums būs jāizmanto savas zināšanas par KW.
Jūs zināt, ka, tā kā šī spēcīgā bāze pilnībā disociējas, hidroksīda jeb OH- koncentrācija ir vienāda ar šķīduma molaritāti. [OH-] = 0,1 M.
Tātad,
Atrodot [H +], iegūstat:
Tam ir jēga! Tā kā tas ir bāzes šķīdums, hidroksīda jonu ir daudz vairāk nekā ūdeņraža jonu.
Ūdeņraža jonu koncentrācijas aprēķināšana no pH
Tagad visu laiku nodarboties ar zinātnisko pierakstu, lai apspriestu ūdeņraža jonu koncentrāciju, ir nedaudz apgrūtinoši. Tā vietā zinātnieki izmanto pH skalu.
Šeit ir definīcija pH:
pH ir ūdeņraža koncentrācijas negatīvais log. Burts p burtiski nozīmē negatīvu žurnālu.
Tātad, ņemot vērā pH vērtību 5,5, jūs varat atrast ūdeņraža jonu koncentrāciju:
Niršana ar negatīvu un apgrieztā žurnāla iegūšana dod jums:
Atrisinot, jūs saņemat:
Ūdeņraža jonu koncentrācija šķīdumā ar pH = 5,5 ir 3,2 * 10-6M. Redziet, tāpēc runāt par pH ir daudz vieglāk nekā visu garo skaitli, ko saņēmāt, lai saņemtu atbildi! PH 5,5 norāda par skābumu, un, ja nepieciešams, jūs varat aprēķināt molaritāti.
Ko nozīmē pKa vērtības?
Lai gan stipro skābju ūdeņraža jonu koncentrāciju ir viegli aprēķināt, jo tie disociējas pilnībā šķīdumā ūdeņraža jonu koncentrācijas aprēķināšana vājās skābēs ir tikai nedaudz viltīgāka. Šīs skābes ūdenī pilnībā nejonizējas. Katrai skābei ir tendence zaudēt ūdeņraža jonu ūdens šķīdumā. Spēcīgāka skābe, visticamāk, zaudēs ūdeņraža jonu nekā vāja skābe.
Jonizācijas reakciju līdzsvara konstantes sauc par skābes disociācijas konstantēm (Ka). Spēcīgākām skābēm ir augstāks Ka savukārt vājākajām skābēm ir zemāks Ka. Tagad, tāpat kā ūdeņraža jonu koncentrācijā, kad jūs pārslēdzāties uz pH, nevis tikai H, zinātnieki izmanto pKa lai norādītu, cik stipra vai vāja ir skābe. Ar lielāku tendenci zaudēt protonu skābe ir spēcīgāka, un tāpēc pKa ir mazāks.
Padomi
Jo augstāka pKa vērtība, jo vājāka skābe; jo zemāka pKa vērtība, jo spēcīgāka ir skābe.