Koncentrácia vodíkových iónov nám hovorí, aké kyslé alebo zásadité je dané riešenie. Viac vodíkových iónov? Kyslejší. Menej vodíkových iónov? Základnejšie. Celkom jednoduché, však? Poďme sa pozrieť na to, ako definovať a vypočítať koncentráciu vodíkových iónov. Najprv uvidíte, ako získate vodíkové ióny vo vode.
Samoionizácia vody
Voda sa v malej miere ionizuje:
Toto je zjednodušenie, pretože voľné vodíkové ióny v roztoku v skutočnosti neexistujú. Takto to v skutočnosti vyzerá:
Vodíkovou väzbou sa vodíkový ión spája s molekulou vody a vytvára H3O+alebo hydrónium. Teda pri výpočte koncentrácie vodíkových iónov sa počíta aj koncentrácia hydróniových iónov.
Pre vodu je produkt vodných iónov alebo Kw nám hovorí koncentráciu H+ alebo H3O+ a koncentrácia OH- alebo hydroxidové ióny.
Pri 25 stupňoch Celzia bola experimentálne stanovená hodnota KŽ je 1,0 x 10-14 M2.
Poďme sa pozrieť na to, ako môžete využiť svoje vedomosti o disociácii a K.Ž na výpočet koncentrácie vodíkových iónov buď pre silné kyseliny, alebo pre zásady.
Výpočet koncentrácie vodíkových iónov z molarity silnej kyseliny
Silná kyselina zvyšuje koncentráciu vodíkových iónov nad prítomnými hydroxidovými iónmi.
Príkladom je HCl:
Pretože HCl je silná kyselina, vo vode sa úplne disociuje. Povedzme, že máte 1,5M roztok HCl. Aká je koncentrácia vodíkových iónov?
Je to veľmi jednoduché a nevyžaduje to ani žiadnu matematiku. Pretože kyselina úplne disociuje, koncentrácia vodíkových iónov je rovnaká ako molarita roztoku. V tomto prípade to znamená koncentráciu vodíkových iónov alebo [H+], je 1,5M.
Silná báza má na druhej strane viac hydroxidových iónov ako vodíkových iónov. Povedzme, že máte 0,1 M roztok NaOH. Aká je koncentrácia H+ v tomto prípade? Teraz budete musieť využiť svoje vedomosti o K.Ž.
Viete, že pretože táto silná báza úplne disociuje, hydroxid alebo OH- sa koncentrácia rovná molarite roztoku. [OH-] = 0,1 M.
Takže
Riešením pre [H +] získate:
Toto dáva zmysel! Pretože je to základné riešenie, je oveľa viac hydroxidových iónov ako vodíkových iónov.
Výpočet koncentrácie vodíkových iónov z pH
Teraz je stále náročné zaoberať sa vedeckou notáciou a diskutovať o koncentrácii vodíkových iónov. Namiesto toho vedci používajú stupnicu pH.
Tu je definícia pH:
pH je záporný logaritmus koncentrácie vodíka. Písmeno p znamená doslova negatívny log.
Takže pri hodnote pH 5,5 nájdete koncentráciu vodíkových iónov:
Potápanie s negatívnym a s využitím inverzného denníka vám dáva:
Riešením získate:
Koncentrácia vodíkových iónov v roztoku s pH = 5,5 je 3,2 x 10-6M. Vidíte, to je dôvod, prečo je rozprávanie o pH oveľa jednoduchšie ako celé dlhé číslo, ktoré ste dostali za odpoveď! Hodnota pH 5,5 vám povie o kyslosti. Ak je to potrebné, môžete vypočítať molaritu.
Čo znamenajú hodnoty pKa?
Výpočet koncentrácie vodíkových iónov silných kyselín je dosť jednoduchý, pretože sa disociujú úplne v roztoku, výpočet koncentrácie vodíkových iónov v slabých kyselinách je len málo zložitejšie. Tieto kyseliny nie sú vo vode úplne ionizované. Každá kyselina má tendenciu strácať vodíkový ión vo vodnom roztoku. Silnejšia kyselina pravdepodobne stratí svoj vodíkový ión ako slabá kyselina.
Rovnovážné konštanty pre ionizačné reakcie sa nazývajú kyslé disociačné konštanty (K.a). Silnejšie kyseliny majú vyššiu Ka zatiaľ čo slabšie kyseliny majú nižší Ka. Teraz, rovnako ako pri koncentrácii vodíkových iónov, pri ktorej ste prešli na pH namiesto iba H, používajú vedci pKa na označenie, ako silná alebo slabá je kyselina. S vyššou tendenciou strácať protón je kyselina silnejšia, a teda aj pKa je menší.
Tipy
Čím vyššia je hodnota pKa, tým slabšia je kyselina; čím nižšia je hodnota pKa, tým silnejšia je kyselina.