วิธีการคำนวณค่า pH ของกรดแก่

หากคุณต้องการประสบความสำเร็จในด้านเคมี คุณต้องเข้าใจกรดและเบส คุณไม่ควรเพียงแค่เข้าใจว่าสารประกอบเหล่านี้คืออะไรและมีพฤติกรรมอย่างไรในสารละลายเท่านั้น แต่ยังต้องสามารถดำเนินการได้ด้วย การคำนวณค่า pH อย่างง่าย และเข้าใจว่าทำไมพฤติกรรมของกรดแก่จึงทำให้การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้ง่ายขึ้น สาร

เริ่มต้นด้วย คุณควรรู้ว่าในวิชาเคมี ความเข้มข้น มักแสดงเป็นโมลต่อหน่วยปริมาตร โดยปกติแล้วจะเป็นลิตร (โมล/ลิตร) แทนที่จะเป็นหน่วยมวลต่อลิตร จำนวนกรัมใน 1 โมลของสารสามารถกำหนดได้จากมวลโมลาร์หรือน้ำหนักโมเลกุลของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งมีอยู่ในตารางธาตุ

• ปริมาณ mol/L มักจะเขียนเป็นสัญลักษณ์เดียว M

กรดเป็นสารประกอบที่ให้โปรตอนในสารละลายที่เป็นน้ำ โปรตอนนี้บางครั้งแสดงเป็นสมการเป็นโปรตอนเดี่ยวๆ (H⁺) หรือในรูปของไฮโดรเนียมไอออน (โปรตอนบวกกับน้ำ: H₃อู๋⁺). ส่วนประกอบอื่นของกรดที่ละลายน้ำเรียกว่าฐานคอนจูเกต สูตรทั่วไปสำหรับการแตกตัวของกรดคือ HA → H⁺ + อา^–, ที่ไหน^– เป็นฐานคอนจูเกต

เบสทำหน้าที่เป็นสารคู่ของกรด: พวกมันพร้อมรับโปรตอน เท่ากับการบริจาคไอออนไฮดรอกไซด์ (OH^–) ในสารละลายที่เป็นน้ำ เศษของฐานที่แยกออกจากกันเรียกว่า กรดคอนจูเกตและมักเป็นไอออนบวกของโลหะ เช่น Na⁺.

pH หรือ "กำลังของไฮโดรเจน" เป็นค่าโดยทั่วไป (แต่ไม่ใช่ทางคณิตศาสตร์) ที่จำกัดอยู่ในช่วงตัวเลข 0 ถึง 14.0 สารละลายที่เป็นกรดมีค่า pH ต่ำ สารละลายที่เป็นกลาง (เช่น น้ำบริสุทธิ์) มี pH 7 และสารละลายพื้นฐานมีค่า pH สูงกว่า ค่า

ในทางคณิตศาสตร์ pH เป็นเพียงค่าลบของลอการิทึมกับฐาน 10 ของความเข้มข้นของ H⁺ (หรือ H₃อู๋⁺) ไอออน: pH = –log₁₀[H+]. ตราบใดที่คุณมีเครื่องคิดเลขและระวังเลขยกกำลัง 10 ของคุณ การคำนวณเหล่านี้ตรงไปตรงมา

กรดแก่เป็นกรดที่ปล่อยโปรตอนออกมาอย่างรวดเร็ว และทำอย่างนั้นแม้ในขณะที่ pH แวดล้อมต่ำ ซึ่งหมายความว่ามีโปรตอนจำนวนมากที่ลอยอยู่รอบๆ กรดอ่อนจะไม่ให้โปรตอนของพวกมันหายไปอย่างง่ายดาย และจะแตกตัวในระดับที่มีความหมายก็ต่อเมื่อ pH ใกล้เคียงกับความเป็นกลางมากขึ้นเท่านั้น ในทำนองเดียวกัน เบสที่แรงจะปล่อยไฮดรอกไซด์ไอออนออกไปอย่างรวดเร็วแม้ในสารละลายที่มี pH สูง

ค่าความแรงของกรดและเบสสามารถกำหนดได้ดังนี้ pKหรือ ค่าคงที่การแยกตัวของกรดค่า pH ที่กรดครึ่งหนึ่งบริจาคโปรตอนในขณะที่อีกครึ่งหนึ่งยังคงอยู่ในสถานะคอนจูเกต (ฐานมีคุณเดา pK_ข ค่า) กรดที่แรงกว่าจึงมี pK. ต่ำกว่า ค่า

กรดไฮโดรคลอริกหรือ HCl เป็นกรดแก่ที่รู้จักกันดีและเป็นที่รู้จักทั่วไป การใช้กรดไฮโดรคลอริก ได้แก่ วิทยาลัยถุงน่องและห้องปฏิบัติการเคมีระดับไฮสคูลทั่วโลก ตลอดจนการใช้งานในอุตสาหกรรมและการผลิตจำนวนมาก

ตัวอย่าง: คำนวณ pH ของสารละลาย 0.100 M ของ HCl

เนื่องจาก HCl เป็นกรดแก่ มันจึงแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ และหาค่า pH ของ HCl ในสารละลายได้จากความเข้มข้น (โมลาริตี) ของไอออน H+ ตามคำจำกัดความเท่ากับ 0.100 โมลาร์ (คอนจูเกตเบสของกรด คือ คลอไรด์ไอออนCl^–ก็จะมีความเข้มข้น 0.100 M.)

ค่า pH จึงเป็น –log (0.100) = 1.000.

เห็นได้ชัดว่าค่าโมลาริตีที่สูงขึ้นจะทำให้ค่า pH ต่ำลง และในทางกลับกันสำหรับ HCl (หรือกรดใดๆ)

หากคุณไม่อยากหยิบเครื่องคิดเลขออกมาและต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับพฤติกรรมทางเคมีของกรดแก่อีกสองสามชนิด ให้ดูหน้าในแหล่งข้อมูล