Cum se calculează concentrația de ioni de hidrogen

Concentrația ionilor de hidrogen ne spune cât de acidă sau bazică este orice soluție dată. Mai mulți ioni de hidrogen? Mai acid. Mai puțini ioni de hidrogen? Mai de bază. Destul de simplu, nu? Să aruncăm o privire la modul de definire și calcul al concentrației de ioni de hidrogen. În primul rând, veți vedea cum obțineți ioni de hidrogen și ioni de hidroxid în apă.

Apa se autoionizează într-o mică măsură:

Aceasta este o simplificare, deoarece ionii de hidrogen liberi nu există de fapt în soluție. Așa arată de fapt:

Prin legarea hidrogenului, ionul hidrogen se asociază cu o moleculă de apă pentru a crea H₃O⁺, sau hidroniu. Astfel, atunci când calculați concentrația de ioni de hidrogen, calculați și concentrația de ioni de hidroniu.

Pentru apă, produs de ioni de apă sau K_w ne spune concentrația de H⁺ sau H₃O⁺ și concentrația de OH^- sau ioni hidroxid.

La 25 de grade Celsius, valoarea determinată experimental a lui K_W este 1,0 x 10^-14 M².

Să aruncăm o privire la modul în care vă puteți folosi cunoștințele despre disociere și K

Un acid puternic crește concentrația de ioni de hidrogen față de ioni hidroxid prezenți.

Un exemplu este HCl:

Deoarece HCl este un acid puternic, acesta se disociază complet în apă. Deci, să spunem că aveți o soluție de HCI de 1,5M. Care este concentrația ionilor de hidrogen?

Ei bine, acest lucru este destul de simplu și nici măcar nu necesită matematică! Deoarece acidul disociază complet, concentrația ionilor de hidrogen este aceeași cu molaritatea soluției. În acest caz, aceasta înseamnă concentrația ionilor de hidrogen sau [H⁺], este 1,5M.

O bază puternică, pe de altă parte, are mai mulți ioni hidroxid decât ioni hidrogen. Să spunem că aveți o soluție de NaOH 0,1M. Care este concentrația de H⁺ în acest caz? Acum, va trebui să vă folosiți cunoștințele despre K_W.

Știți că, deoarece această bază puternică se disociază complet, hidroxidul sau OH-, concentrația este egală cu molaritatea soluției. [OH-] = 0,1 M.

Asa de,

Rezolvând pentru [H +] veți obține:

Are sens! Deoarece este o soluție de bază, există mult mai mulți ioni hidroxid decât există ioni hidrogen.

Acum, tratarea notării științifice tot timpul pentru a discuta despre concentrația ionilor de hidrogen este puțin greoaie. În schimb, oamenii de știință folosesc scala pH-ului.

Iată definiția pH-ului:

pH-ul este logul negativ al concentrației de hidrogen. Litera p înseamnă literalmente jurnal negativ.

Deci, având o valoare a pH-ului de 5,5, puteți găsi concentrația de ioni de hidrogen:

Scufundarea cu una negativă și luarea jurnalului invers vă oferă:

Rezolvând, veți obține:

Concentrația ionilor de hidrogen a unei soluții cu pH = 5,5 este de 3,2 * 10^-6M. Vezi, acesta este motivul pentru care a vorbi despre un pH este mult mai ușor decât întregul număr lung pe care l-ai obținut pentru un răspuns! Un pH de 5,5 îți spune despre aciditate și poți calcula molaritatea dacă ai nevoie de ea.

În timp ce calcularea concentrației de ioni de hidrogen a acizilor puternici este destul de ușoară, deoarece se disociază complet în soluție, calcularea concentrației ionilor de hidrogen în acizii slabi este doar puțin mai complicat. Acești acizi nu se ionizează complet în apă. Fiecare acid are tendința de a pierde un ion hidrogen într-o soluție apoasă. Un acid mai puternic are mai multe șanse să-și piardă ionul de hidrogen decât un acid slab.

Constantele de echilibru pentru reacțiile de ionizare sunt numite constante de disociere a acidului (K_A). Acizii mai puternici au un K mai mare_A în timp ce acizii mai slabi au un K mai mic_A. Acum, la fel ca în cazul concentrației de ioni de hidrogen, unde ați făcut trecerea la pH în loc de doar H, oamenii de știință folosesc pK_A pentru a indica cât de puternic sau slab este un acid. Cu o tendință mai mare de a pierde un proton, acidul este mai puternic și deci pK_A este mai mic.

• Cu cât este mai mare valoarea pKa, cu atât acidul este mai slab; cu cât valoarea pKa este mai mică, cu atât acidul este mai puternic.