የአርሄኒየስ አሲዶች እና ቤዞች ምሳሌዎች ጥያቄዎች እና ውይይት
አሲዶች እና ቤዞች በኬሚስትሪ ውስጥ መሠረታዊ ፅንሰ ሀሳቦች ናቸው። የአሲድ እና የመሠረት ባህሪን ከሚያብራሩ በጣም የታወቁ ንድፈ ሐሳቦች አንዱ የአርሄኒየስ ቲዎሪ ነው። እንደ አርሄኒየስ ገለጻ፣ አሲድ በውሃ ውስጥ ሲሟሟ H⁺ (ወይም H₃O⁺) አየኖችን የሚያመነጭ ውህድ ሲሆን ቤዝ ደግሞ በውሃ ውስጥ ሲሟሟ OH⁻ አየኖችን የሚያመነጭ ውህድ ነው። በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ በአርሄኒየስ ቲዎሪ መሠረት ስለ አሲዶች እና ቤዞች ያሉ በርካታ ምሳሌዎችን ከመፍትሄዎቻቸው ጋር እንወያያለን።
ምሳሌ ጥያቄ 1
ጥያቄ፡
0,1 M ሃይድሮክሎሪክ አሲድ (HCl) መፍትሄ በውሃ ውስጥ ይሟሟል። በመፍትሔው ውስጥ የH⁺ አየኖች ክምችት ያሰሉ።
ውይይት፡
በአርሂኒየስ ቲዎሪ መሠረት፣ HCl አሲድ ነው ምክንያቱም በውሃ ውስጥ ሲሟሟ H⁺ አየኖችን ስለሚያመነጭ ነው። በውሃ ውስጥ ለHCl የአዮኒዜሽን እኩልታ እንደሚከተለው ነው፡
\[ \text{HCl} \to \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
የHCl የመጀመሪያ ክምችት 0,1 M ነው። HCl በውሃ መፍትሄ ውስጥ ሙሉ በሙሉ አዮኒዝዝ የሚያደርግ ጠንካራ አሲድ ስለሆነ፣ እያንዳንዱ የHCl ሞለኪውል አንድ H⁺ ion እና አንድ Cl⁻ ion ያመነጫል። ስለዚህ፣ በመፍትሔው ውስጥ ያለው የH⁺ ions ክምችት ከHCl ክምችት ጋር እኩል ነው፣ እነሱም፡
\[[\text{H}^+] = 0,1 \text{M} \]
ስለዚህ፣ በ0,1 M HCl መፍትሄ ውስጥ የH⁺ ions ክምችት 0,1 M ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 2
ጥያቄ፡
የ0,01 M ናይትሪክ አሲድ (HNO₃) መፍትሄ ፒኤች ያሰሉ።
ውይይት፡
HNO₃ በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ አዮኒዝድ የሆነ ጠንካራ አሲድ ነው፣ ስለዚህ የ HNO₃ የአዮኒዝሽን እኩልታ እንደሚከተለው ነው፡
\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
የተሰጠው የHNO₃ ክምችት 0,01 M ነው። HNO₃ ጠንካራ አሲድ ስለሆነ፣ እያንዳንዱ የHNO₃ ሞለኪውል አንድ የH⁺ አዮን ያመነጫል። ስለዚህ፣ በመፍትሔው ውስጥ ያለው የH⁺ አየኖች ክምችት ከHNO₃ ክምችት ጋር እኩል ነው፣ እነሱም፡
\[[\text{H}^+] = 0,01 \text{M} \]
የፒኤች መጠን ቀመርን በመጠቀም ሊሰላ ይችላል-
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
የ H⁺ ions ክምችትን ወደ ፎርሙላው በማገናኘት፣ የሚከተለውን እናገኛለን፦
\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]
ስለዚህ፣ የ0,01 M HNO₃ መፍትሄ ፒኤች 2 ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 3
ጥያቄ፡
በ0,05 M NaOH መፍትሄ ውስጥ የOH⁻ አየኖች ክምችት ይወስኑ።
ውይይት፡
NaOH በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ ionize የሚያደርግ ጠንካራ መሰረት ነው፣ ስለዚህ የ NaOH ionization እኩልታ እንደሚከተለው ነው፡
\[ \ጽሑፍ{NaOH} \ ወደ \ጽሑፍ{Na}^+ + \ጽሑፍ{OH}^- \]
የተሰጠው የ NaOH ክምችት 0,05 M ነው። NaOH ጠንካራ መሰረት ስለሆነ፣ እያንዳንዱ የ NaOH ሞለኪውል አንድ OH⁻ አዮን ያመነጫል። ስለዚህ፣ በመፍትሔው ውስጥ ያለው የ OH⁻ አዮኖች ክምችት ከ NaOH ክምችት ጋር እኩል ነው፣ እነሱም፡
\[[\text{OH}^-] = 0,05 \text{M} \]
ስለዚህ፣ በ0,05 M NaOH መፍትሄ ውስጥ የOH⁻ አየኖች ክምችት 0,05 M ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 4
ጥያቄ፡
የ0,01 M KOH መፍትሄ pH ያሰሉ።
ውይይት፡
KOH በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ አዮኒዝድ የሚያደርግ ጠንካራ መሰረት ነው። በውሃ ውስጥ ለ KOH የአዮኒዝሽን እኩልታ እንደሚከተለው ነው፡
\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
የተሰጠው የ KOH ክምችት 0,01 M ነው። KOH ጠንካራ መሰረት ስለሆነ፣ እያንዳንዱ የ KOH ሞለኪውል አንድ OH⁻ አዮን ያመነጫል። ስለዚህ፣ በመፍትሔው ውስጥ ያለው የ OH⁻ አዮኖች ክምችት ከ KOH ክምችት ጋር እኩል ነው፣ እነሱም፡
\[[\text{OH}^-] = 0,01 \text{M} \]
ፒኤች በመፍትሔ ውስጥ የH⁺ አየኖች ክምችት መለኪያ ነው። በውሃ አየኖች ምርት (Kw) የተሰጡትን የፒኤች፣ የH⁺ አየኖች እና የኦኤች⁻ አየኖች መካከል ያለውን ግንኙነት መጠቀም እንችላለን፡
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
የ[OH⁻]ን ዋጋ ማወቅ፣ [H⁺]ን ማስላት እንችላለን፦
\[[\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{M} \]
የፒኤች መጠን ቀመርን በመጠቀም ሊሰላ ይችላል-
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
የ H⁺ ions ክምችትን ወደ ፎርሙላው በማገናኘት፣ የሚከተለውን እናገኛለን፦
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
ስለዚህ፣ የ0,01 M KOH መፍትሄ pH 12 ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 5
ጥያቄ፡
አንድ መፍትሄ pH = 3 አለው። በመፍትሔው ውስጥ የH⁺ አየኖች ክምችት ያሰሉ።
ውይይት፡
ፒኤች በአንድ መፍትሄ ውስጥ የ H⁺ አየኖች ክምችት መለኪያ ሲሆን በቀመር ሊገለጽ ይችላል፡
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
የ H⁺ አየኖች ክምችትን ለማስላት፣ ቀመሩን ወደ፡
\[[\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
የተሰጡትን የፒኤች እሴቶችን በማገናኘት የሚከተሉትን እናገኛለን፦
\[[\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{M} \]
ስለዚህ፣ pH = 3 ባለው መፍትሄ ውስጥ የH⁺ አየኖች ክምችት 0,001 M ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 6
ጥያቄ፡
የNH₄OH መፍትሄ 0,1 M ክምችት አለው። የNH₄OH የKb እሴት 1,8 x 10⁻⁵ ከሆነ የመፍትሄውን pH ያሰሉ።
ውይይት፡
NH₄OH በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ አዮኒዝድ የማያደርግ ደካማ መሠረት ነው። በውሃ ውስጥ ለ NH₄OH የአዮኒዝሽን እኩልታ እንደሚከተለው ነው፡
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
የNH₄OH አዮኒዜሽን የሚለካው የእኩልታ ቋሚ Kb ይባላል እና የሚሰጠው በ፡
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
NH₄OH ደካማ መሠረት ስለሆነ፣ የOH⁻ አየኖች ክምችትን ለማስላት Kb እንጠቀማለን። \(x\) የአዮናይዝድ NH₄OH ክምችት እንደሆነ ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ የአዮናይዝድ እኩልታው እንደሚከተለው ይሆናል፡
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
የ Kb እሴት በጣም ትንሽ ስለሆነ፣ \(0,1 – x \approx 0,1\) ብለን እንገምታለን፡
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \ጊዜ 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \approx 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
ስለዚህ፣ የOH⁻ አየኖች ክምችት \(1,34 \times 10^{-3} \text{M}\) ነው።
ከዚህ ክምችት፣ የ H⁺ ions ክምችትን Kw በመጠቀም ማስላት እንችላለን፡
\[[\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[[\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{M} \]
pH:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \text{pH} \approx 11,13 \]
ስለዚህ፣ የ0,1 M NH₄OH መፍትሄ ፒኤች 11,13 አካባቢ ነው።
ከሲምፑላን
የአርሂኒየስ ቲዎሪ አሲድ እና ቤዝ በመፍትሔ ውስጥ እንዴት እንደሚሰሩ ለመረዳት ጠቃሚ መሠረት ይሰጣል። በዚህ ውይይት፣ እነዚህ ፅንሰ-ሀሳቦች የH⁺ እና OH⁻ አየኖችን ክምችት እና የተለያዩ መፍትሄዎችን pH ለማስላት እንዴት ጥቅም ላይ ሊውሉ እንደሚችሉ የሚያሳዩ በርካታ የችግር ምሳሌዎችን ተመልክተናል። ይህንን ቲዎሪ መረዳት በኬሚስትሪ ሙያ ለሚከታተል ማንኛውም ሰው፣ በሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤትም ሆነ በከፍተኛ ትምህርት ደረጃ፣ በጣም አስፈላጊ ነው።
