Hydrogenionkonsentrasjonen forteller oss hvor sur eller basisk en gitt løsning er. Flere hydrogenioner? Mer sur. Færre hydrogenioner? Mer grunnleggende. Ganske enkelt, ikke sant? La oss ta en titt på hvordan vi kan definere og beregne hydrogenionkonsentrasjon. Først vil du se hvordan du får hydrogenioner og hydroksidioner i vann.
Selvionisering av vann
Vann selvioniseres i liten grad:
Dette er en forenkling, ettersom gratis hydrogenioner faktisk ikke eksisterer i løsning. Slik ser det ut:
Gjennom hydrogenbinding forbinder hydrogenionen seg med et vannmolekyl for å danne H3O+, eller hydronium. Dermed når du beregner hydrogenionkonsentrasjonen, beregner du også hydroniumionkonsentrasjonen.
For vann, vannionprodukt eller Kw forteller oss konsentrasjonen av H+ eller H3O+ og konsentrasjonen av OH- eller hydroksidioner.
Ved 25 grader Celsius ble den eksperimentelt bestemte verdien av KW er 1,0 x 10-14 M2.
La oss ta en titt på hvordan du kan bruke din kunnskap om dissosiasjon og KW for å beregne hydrogenionkonsentrasjonen for enten sterke syrer eller baser.
Beregning av hydrogenionkonsentrasjonen fra molariteten til en sterk syre
En sterk syre øker hydrogenionkonsentrasjonen over hydroksidioner som er tilstede.
Et eksempel er HCl:
Siden HCl er en sterk syre, dissosierer den seg helt i vann. La oss si at du har en 1,5 M HCl-løsning. Hva er hydrogenionkonsentrasjonen?
Vel, dette er ganske enkelt og krever ikke engang matte! Siden syren dissosierer fullstendig, er hydrogenionkonsentrasjonen den samme som molariteten til løsningen. I dette tilfellet betyr det konsentrasjonen av hydrogenioner, eller [H+], er 1,5M.
En sterk base har derimot flere hydroksidioner enn hydrogenioner. La oss si at du har en 0,1 M løsning av NaOH. Hva er konsentrasjonen av H+ i dette tilfellet? Nå må du bruke kunnskapen din om KW.
Du vet at siden denne sterke basen dissosierer helt, er hydroksydet eller OH-, konsentrasjonen lik molariteten til løsningen. [OH-] = 0,1 M.
Så,
Å løse for [H +] får du:
Dette gir mening! Siden det er en grunnleggende løsning, er det langt flere hydroksidioner enn det er hydrogenioner.
Beregning av hydrogenionkonsentrasjonen fra pH
Nå er det litt tungvint å håndtere vitenskapelig notasjon hele tiden for å diskutere hydrogenionkonsentrasjon. I stedet bruker forskere pH-skalaen.
Her er definisjonen av pH:
pH er den negative loggen for hydrogenkonsentrasjonen. Bokstaven p betyr bokstavelig talt negativ logg.
Så gitt en pH-verdi på 5,5, kan du finne hydrogenionkonsentrasjonen:
Dykking med negativ og tar den omvendte loggen gir deg:
Løsning får du:
Konsentrasjonen av hydrogenioner i en løsning med pH = 5,5 er 3,2 * 10-6M. Se, dette er grunnen til at det er mye enklere å snakke om en pH enn hele det lange tallet du fikk for svar! En pH på 5,5 forteller deg om surhet, og du kan beregne molariteten hvis du trenger det.
Hva betyr pKa-verdier?
Det er lett nok å beregne konsentrasjonen av hydrogenioner av sterke syrer siden de dissosierer helt i oppløsning, er det bare litt å beregne konsentrasjonen av hydrogenioner i svake syrer vanskeligere. Disse syrene ioniserer ikke helt i vann. Hver syre har en tendens til å miste et hydrogenion i en vandig løsning. Det er mer sannsynlig at en sterkere syre mister sin hydrogenion enn en svak syre.
Likevektskonstanter for ioniseringsreaksjoner kalles syredissosiasjonskonstanter (Ken). Sterkere syrer har høyere Ken mens svakere syrer har lavere Ken. Nå, akkurat som med hydrogenionkonsentrasjon, hvor du byttet til pH i stedet for bare H, bruker forskere pKen for å indikere hvor sterk eller svak en syre er. Med en høyere tendens til å miste et proton, er syren sterkere, og så pKen er mindre.
Tips
Jo høyere en pKa-verdi, jo svakere er syren; jo lavere pKa-verdien er, desto sterkere er syren.
