Trudno żyć we współczesnym świecie bez odniesień do kwasów, które często przedstawiane są w farmaceutyce i inne reklamy jako płynnych agresorów nastawionych na wymazywanie i uszkadzanie wszelkiego rodzaju rzeczy, od skóry po ubrania, meble. Bez wątpienia widziałeś reklamy produktów zwanych środkami zobojętniającymi kwas, które mają na celu radzenie sobie ze skutkami kwasu wytwarzanego w żołądku.
Kwasy mają różny stopień mocy lub kwasowości. Dziwaczna, ale zasadniczo prosta skala znana jako Skala pH jest miarą kwasowości roztworu wodnego lub, w innych ramach tego samego scenariusza chemicznego, jego zasadowości lub zasadowości.
Aby określić pH roztworu wodnego (czyli substancji rozpuszczonej w wodzie), wystarczy znać stężenie jonów wodorowych (H+) w tym rozwiązaniu, lub jego molarność. Ale poza pH, czym właściwie są mole, molarność i kwasy?
Fakty o kwasach i zasadach
Kwasy to cząsteczki, które mogą oddawać protony. Prostym przykładem jest kwas solny, HCl. Ta cząsteczka łatwo oddaje swój składnik H+ w roztworze wodnym i jest
mocny kwas. Inne kwasy, takie jak kwas węglowy (H2WSPÓŁ3), niechętnie oddają swoje protony i nazywają się słabe kwasy. Kiedy kwas (HA) przekazuje proton (H+), mówi się, że jest zjonizowany, a produktami są H+ i wszystko, co pozostaje (ogólnie A−; w przypadku kwasu węglowego HCO3−).Silne kwasy mają niskie wartości pH. Woda jest neutralna o pH 7; silny podstawylub akceptory protonów (takie jak wodorotlenek sodu, NaOH) mają wysokie wartości pH, niektóre bliskie 14,0.
Mole i molarność
Do celów chemii kwasowo-zasadowej bardziej odpowiednie jest zmierzenie stężenia substancji rozpuszczonej w pieprzyki, lub pojedyncze cząstki (np. atomy, cząsteczki) na jednostkę objętości, a nie masę na jednostkę objętości. Dzieje się tak, ponieważ atomy reagują ze sobą w znanych proporcjach w sposób niezwiązany z masą atomową.
Jeden mol (1 mol) czegokolwiek to 6,02 × 1023 cząstki; 1 mol w objętości 1 l ma molarność 1,0. Zatem 6 moli NaCl w 8 l roztworu wodnego ma molarność 6 moli/8 l = 0,75; 6 moli znacznie bardziej masywnej cząsteczki adenozynotrifosforanu rozpuszczonej w 8 l ma większą masę, ale ma taką samą molarność, 0,75 M.
Jaka jest formuła pH?
Równanie pH jest najczęściej zapisywane w postaci
pH = -log_{10}[H^{+}]
Tutaj ilość w nawiasie oznacza molarność jonów H+ w roztworze. Tak więc, jeśli znasz molarność, możesz uzyskać wartość pH i odwrotnie.
Przykłady obliczeń pH
Aby przejść od molarności do pH, użyj kalkulatora lub podobnego narzędzia, aby przenieść logarytm do podstawy 10 (domyślna podstawa) molarności, odwróć znak, aby uzyskać wartość dodatnią i gotowe!
Przykład: Jeżeli molarność roztworu wodnego wynosi 6,3 × 10-5 M, jakie jest pH?
pH = −log[6,3 × 10-5] = 4.2.
Możesz również obliczyć stężenie z pH i pKza, ta ostatnia pochodzi od kwasowa stała dysocjacjiKza. Im wyższy Kza dla danego kwasu, tym silniejszy jest kwas. pKza dla każdego kwasu jest to pH, przy którym połowa kwasu została zjonizowana (to znaczy, kiedy połowa „kwaśnych” protonów została wyładowana do roztworu).
Równanie zainteresowania jest znane jako Równanie Hendersona-Hasselbacha i jest napisane:
pH = pKa + log_{10}\dfrac{[A^{-}]}{[HA]}
Oznacza to, że podane pK. kwasuza i względne stężenie anionu i „nienaruszonego” kwasu, można określić pH. Kza wartości można łatwo sprawdzić online, a pKa można znaleźć za pomocą tej samej operacji, co w przypadku pH, jeśli nie jest ona również wymieniona.
Kalkulator pH i pOH online
Zobacz Zasoby dla narzędzia internetowego, które pozwala określić pH różnych roztworów kwasowych i zasadowych. Możesz to wykorzystać, aby poznać relacje między różnymi mocami kwasu, stężeniem i pH.