Vätejonkoncentrationen berättar hur sur eller basisk en given lösning är. Mer vätejoner? Mer surt. Färre vätejoner? Mer grundläggande. Ganska enkelt, eller hur? Låt oss ta en titt på hur vi definierar och beräknar vätejonkoncentrationen. Först ser du hur du får vätejoner och hydroxidjoner i vatten.
Självjonisering av vatten
Vatten självjoniserar i liten utsträckning:
Detta är en förenkling, eftersom fria vätejoner inte existerar i lösning. Så här ser det faktiskt ut:
Genom vätebindning associeras vätejonen med en vattenmolekyl för att skapa H3O+, eller hydronium. När du beräknar vätejonkoncentrationen, beräknar du också hydroniumjonkoncentrationen.
För vatten, vattenjonprodukt eller Kw berättar koncentrationen av H+ eller H3O+ och koncentrationen av OH- eller hydroxidjoner.
Vid 25 grader Celsius, det experimentellt bestämda värdet av KW är 1,0 x 10-14 M2.
Låt oss ta en titt på hur du kan använda din kunskap om dissociation och KW för att beräkna vätejonkoncentrationen för antingen starka syror eller baser.
Beräkning av vätejonkoncentrationen från molariteten hos en stark syra
En stark syra ökar vätejonkoncentrationen jämfört med närvarande hydroxidjoner.
Ett exempel är HCl:
Eftersom HCl är en stark syra, dissocieras den helt i vatten. Så låt oss säga att du har en 1,5 M HCl-lösning. Vad är vätejonkoncentrationen?
Det här är ganska enkelt och kräver inte ens matematik! Eftersom syran dissocierar helt är vätejonkoncentrationen densamma som molariteten hos lösningen. I detta fall betyder det koncentrationen av vätejoner, eller [H+], är 1,5M.
En stark bas, å andra sidan, har mer hydroxidjoner än vätejoner. Låt oss säga att du har en 0,1 M lösning av NaOH. Vad är koncentrationen av H+ I detta fall? Nu måste du använda dina kunskaper om KW.
Du vet att eftersom denna starka bas dissocierar fullständigt, är hydroxiden eller OH-, koncentrationen lika med molariteten hos lösningen. [OH-] = 0,1 M.
Så,
Lösning för [H +] får du:
Det är vettigt! Eftersom det är en baslösning finns det mycket mer hydroxidjoner än det finns vätejoner.
Beräkning av vätejonkoncentrationen från pH
Nu är det lite besvärligt att hantera vetenskaplig notering hela tiden för att diskutera vätejonkoncentrationen. Istället använder forskare pH-skalan.
Här är definitionen av pH:
pH är den negativa loggen för vätgaskoncentrationen. Bokstaven p betyder bokstavligen negativ logg.
Så med ett pH-värde på 5,5 kan du hitta vätejonkoncentrationen:
Att dyka med en negativ och ta den inversa loggen ger dig:
Lösning får du:
Vätejonkoncentrationen i en lösning med pH = 5,5 är 3,2 * 10-6M. Det här är anledningen till att det är mycket lättare att prata om ett pH-värde än hela det långa siffran du får för svar! Ett pH på 5,5 berättar om surhet och du kan beräkna molariteten om du behöver det.
Vad betyder pKa-värden?
Vid beräkning är koncentrationen av vätejoner av starka syror lätt nog eftersom de dissocieras helt i lösning är det bara lite att beräkna koncentrationen av vätejoner i svaga syror knepigare. Dessa syror joniserar inte helt i vatten. Varje syra har en tendens att förlora en vätejon i en vattenlösning. En starkare syra är mer benägna att förlora sin vätejon än en svag syra.
Jämviktskonstanter för joniseringsreaktioner kallas syradissociationskonstanter (Ka). Starkare syror har högre Ka medan svagare syror har lägre Ka. Precis som med vätejonkoncentration, där du bytte till pH istället för bara H, använder forskare pKa för att ange hur stark eller svag en syra är. Med en högre tendens att förlora en proton är syran starkare, och så pKa är mindre.
Tips
Ju högre ett pKa-värde, desto svagare är syran; ju lägre pKa-värde desto starkare är syran.