วิธีการคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน

ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนบอกเราว่าสารละลายที่ให้มาเป็นกรดหรือด่างเป็นอย่างไร ไฮโดรเจนไอออนมากขึ้น? มีความเป็นกรดมากขึ้น ไอออนไฮโดรเจนน้อยลง? พื้นฐานมากขึ้น ค่อนข้างง่ายใช่มั้ย? เรามาดูวิธีการกำหนดและคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนกัน ขั้นแรก คุณจะเห็นวิธีที่คุณได้รับไฮโดรเจนไอออนและไฮดรอกไซด์ไอออนในน้ำ

น้ำแตกตัวเป็นไอออนในตัวเองในระดับเล็กน้อย:

นี่เป็นการทำให้เข้าใจง่ายขึ้น เนื่องจากไม่มีไฮโดรเจนไอออนอิสระอยู่ในสารละลาย นี่คือสิ่งที่ดูเหมือนจริง:

โดยพันธะไฮโดรเจน ไฮโดรเจนไอออนจะเชื่อมโยงกับโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้าง H₃โอ⁺, หรือ ไฮโดรเนียม. ดังนั้น เมื่อคุณคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน คุณกำลังคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนด้วย

สำหรับน้ำ ผลิตภัณฑ์ไอออนน้ำ หรือ K_w บอกเราถึงความเข้มข้นของ H⁺ หรือ H₃โอ⁺ และความเข้มข้นของ OH^- หรือไฮดรอกไซด์ไอออน

ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ค่าที่กำหนดโดยการทดลองของ K_W คือ 1.0 x 10^-14 เอ็ม².

มาดูกันว่าคุณสามารถใช้ความรู้ของคุณเกี่ยวกับความแตกแยกและ K ได้อย่างไร_W เพื่อคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนสำหรับกรดหรือเบสแก่

กรดแก่จะเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเหนือไฮดรอกไซด์ไอออนที่มีอยู่

ตัวอย่างคือ HCl:

เนื่องจาก HCl เป็นกรดแก่ มันจึงแยกตัวออกจากน้ำได้อย่างสมบูรณ์ สมมติว่าคุณมีสารละลาย HCl 1.5 โมลาร์ ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนคืออะไร?

มันค่อนข้างง่ายและไม่ต้องใช้คณิตศาสตร์เลย! เนื่องจากกรดจะแยกตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ ความเข้มข้นของไอออนของไฮโดรเจนจึงเท่ากับโมลาริตีของสารละลาย ในกรณีนี้หมายถึงความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนหรือ [H⁺] คือ 1.5M.

ฐานที่แข็งแรงมีไอออนของไฮดรอกไซด์มากกว่าไฮโดรเจนไอออน สมมติว่าคุณมีสารละลาย NaOH 0.1M ความเข้มข้นของ H. คืออะไร⁺ ในกรณีนี้? ตอนนี้ คุณจะต้องใช้ความรู้ของ K_W.

คุณทราบดีว่าเนื่องจากเบสแก่นี้จะแยกตัวออกจากกันโดยสิ้นเชิง ไฮดรอกไซด์หรือ OH- ความเข้มข้นจึงเท่ากับโมลาริตีของสารละลาย [OH-] = 0.1 ม.

ดังนั้น,

การแก้หา [H+] คุณจะได้รับ:

นี้ทำให้รู้สึก! เนื่องจากเป็นสารละลายพื้นฐานจึงมีไฮดรอกไซด์ไอออนมากกว่าไฮโดรเจนไอออน

ในตอนนี้ การจัดการกับสัญกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ตลอดเวลาเพื่อหารือเกี่ยวกับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนนั้นค่อนข้างยุ่งยาก นักวิทยาศาสตร์ใช้มาตราส่วน pH แทน

นี่คือคำจำกัดความของค่า pH:

pH เป็นค่าลบของความเข้มข้นของไฮโดรเจน ตัวอักษร p หมายถึงบันทึกเชิงลบ

ดังนั้น ด้วยค่า pH 5.5 คุณจะพบความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน:

การดำน้ำโดยลบหนึ่งและการบันทึกผกผันจะช่วยให้คุณ:

การแก้ปัญหา คุณจะได้รับ:

ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนของสารละลายที่มีค่า pH = 5.5 คือ 3.2*10^-6ม. ดูสิ นี่คือเหตุผลที่การพูดถึงค่า pH นั้นง่ายกว่าการหาคำตอบจากจำนวนเต็มทั้งหมดที่คุณได้มาก! ค่า pH 5.5 จะบอกคุณเกี่ยวกับความเป็นกรด และคุณสามารถคำนวณโมลาริตีได้หากต้องการ

ในขณะที่การคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนของกรดแก่นั้นง่ายพอเนื่องจากพวกมันแยกออกจากกัน ในสารละลายอย่างสมบูรณ์ คำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในกรดอ่อนๆ ได้เพียงเล็กน้อย ยากขึ้น กรดเหล่านี้ไม่แตกตัวเป็นไอออนในน้ำอย่างสมบูรณ์ กรดแต่ละชนิดมีแนวโน้มที่จะสูญเสียไฮโดรเจนไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำ กรดที่แรงกว่ามักจะสูญเสียไฮโดรเจนไอออนมากกว่ากรดอ่อน

ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยาไอออไนเซชันเรียกว่าค่าคงที่การแยกตัวของกรด (K). กรดที่แรงกว่ามี K. สูงกว่า ในขณะที่กรดอ่อนกว่ามี K. ต่ำกว่า. เช่นเดียวกับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน ที่คุณเปลี่ยนค่า pH แทนที่จะเป็น H นักวิทยาศาสตร์ใช้ pK เพื่อบ่งชี้ว่ากรดนั้นแรงหรืออ่อนเพียงใด ด้วยแนวโน้มที่จะสูญเสียโปรตอนที่สูงขึ้น กรดจะยิ่งแรงขึ้น ดังนั้น pK มีขนาดเล็กลง

• ยิ่งค่า pKa สูง กรดก็จะยิ่งอ่อนตัวลง ยิ่งค่า pKa ต่ำ กรดก็จะยิ่งแรง