የአሲድ እና የቤዝ ፒኤችን የሚመለከቱ የምሳሌ ጥያቄዎች
ስለ አሲዶች እና ቤዞች ስንነጋገር፣ መረዳት ያለብን አንድ አስፈላጊ ፅንሰ-ሀሳብ pH ነው። pH የአንድ መፍትሄ የአሲድነት ወይም የአልካላይነት መለኪያ ነው። pHን ለመወሰን የሚያገለግል አንድ ቀመር የሚከተለው ነው፡
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
በዚህ ቀመር ውስጥ፣ \([H^+]\) በመፍትሔው ውስጥ ያለው የሃይድሮጂን አየኖች ክምችት በሞላሪቲ (\(\text{mol/L}\)) የሚለካ ነው። ከፒኤች በተጨማሪ፣ የመፍትሄውን መሰረታዊነት ለመወሰን የሚያገለግል \(\text{pOH}\) አለን፡
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
ከዚያም በ pH እና pOH መካከል ያለው ግንኙነት በሚከተለው እኩልታ የሚተዳደር ነው፡
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
ከዚህ በታች የአሲድ እና የመሠረት መፍትሄዎችን ፒኤች እንዴት ማስላት እንደሚቻል እና ከውይይቶቻቸው ጋር የተያያዙ በርካታ የምሳሌ ጥያቄዎችን እንወያያለን።
ምሳሌ ጥያቄ 1፡ የጠንካራ አሲድ መፍትሄ ፒኤች ማስላት
ጥያቄ፡
የ HCl (ሃይድሮክሎሪክ አሲድ) መፍትሄ pH በ0,01 M ክምችት ያሰሉ።
ውይይት፡
HCl በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ የሚለያይ ጠንካራ አሲድ ነው፡
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl ሙሉ በሙሉ የተቆራረጠ ስለሆነ፣ በመፍትሔው ውስጥ ያለው የሃይድሮጂን አየኖች \([H^+]\) ክምችት ከHCl የመጀመሪያ ክምችት ጋር ተመሳሳይ ይሆናል፣ ይህም 0,01 M ነው።
\[ [H^+] = 0,01 \, \text{M} \]
ቀጥሎ፣ የ pH ፎርሙላውን እንጠቀማለን፡
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (0,01) \]
\[ \text{pH} = -\log (10^{-2}) \]
\[ \text{pH} = 2 \]
ስለዚህ፣ የ0,01 M HCl መፍትሄ pH 2 ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 2፡ የጠንካራ ቤዝ መፍትሄ ፒኤች ማስላት
ጥያቄ፡
የናኦኤች (ሶዲየም ሃይድሮክሳይድ) መፍትሄ ፒኤች በ0,001 M ክምችት ያሰሉ።
ውይይት፡
NaOH በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ የሚለያይ ጠንካራ መሰረት ነው፡
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
በመፍትሔው ውስጥ የሃይድሮክሳይድ አየኖች \([OH^-]\) ክምችት ከ NaOH የመጀመሪያ ክምችት ጋር ተመሳሳይ ይሆናል፣ ማለትም 0,001 M።
\[ [OH^-] = 0,001 \, \text{M} \]
ቀጥሎም የ pOH ን እናሰላለን:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (0,001) \]
\[ \text{pOH} = -\log (10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
ከዚያ በኋላ በ pH እና pOH መካከል ያለውን ግንኙነት እንጠቀማለን፡
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3 = 14 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
ስለዚህ፣ የ0,001 M NaOH መፍትሄ ፒኤች 11 ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 3፡ ደካማ የአሲድ መፍትሄ ፒኤች ማስላት
ጥያቄ፡
የ CH3COOH (አሴቲክ አሲድ) መፍትሄ ፒኤች በ0,01 M ክምችት እና በ \(K_a = 1,8 \times 10^{-5}\) የመከፋፈል ቋሚ መጠን ያሰሉ።
ውይይት፡
እንደ አሴቲክ አሲድ ያለ ደካማ አሲድ ካገኘን በኋላ ሙሉ በሙሉ የማይለያይ ሲሆን በመፍትሔው ውስጥ የH+ ionዎችን ክምችት ለማግኘት የአሲድ ዲሶሴሽን ቋሚ (\(K_a\)) መጠቀም አለብን።
የአሲቲክ አሲድ በውሃ ውስጥ የመከፋፈል እኩልታ፡
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \leftrightarrow \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
የመከፋፈል ቋሚ (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
የሃይድሮጂን አየኖች እና የአሲቴት አየኖች ክምችት \(x\) እንደሆነ እናስብ፣ እንግዲያውስ፡
\[ K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
\(K_a\) በጣም ትንሽ ስለሆነ፣ \(0,01 – x \approx 0,01\) ብለን መገመት እንችላለን፡
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \ጊዜ 10^{-5} \ጊዜ 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \ጊዜ 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \approx 1,34 \times 10^{-4} \]
ስለዚህ፣ የሃይድሮጂን አየኖች \([H^+]\) ክምችት \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\) ነው።
ቀጥሎ የፒኤች መጠን እናሰላለን፡
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pH} \approx 3,87 \]
ስለዚህ፣ የ0,01 M አሴቲክ አሲድ መፍትሄ ፒኤች 3,87 አካባቢ ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 4፡ የደካማ ቤዝ መፍትሄ ፒኤች ማስላት
ጥያቄ፡
የNH3 (አሞኒያ) መፍትሄ ፒኤች በ0,01 M ክምችት እና በመሠረታዊ የመከፋፈል ቋሚ \(K_b = 1,8 \times 10^{-5}\) ያሰሉ።
ውይይት፡
NH3 ሙሉ በሙሉ የማይለያይ ደካማ መሠረት ነው። በመፍትሔ ውስጥ የOH^- አየኖችን ክምችት ለማግኘት የመሠረት መከፋፈል ቋሚ (\(K_b\)) መጠቀም አለብን።
በውሃ ውስጥ የአሞኒያ የመከፋፈል ምላሽ;
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
የመሠረት መከፋፈል ቋሚ (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
የአሞኒየም አየኖች እና የሃይድሮክሳይድ አየኖች ክምችት \(x\) እንደሆነ እናስብ፣ እንግዲያውስ፡
\[ K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
\(K_b\) በጣም ትንሽ ስለሆነ፣ \(0,01 – x \approx 0,01\) ብለን መገመት እንችላለን፡
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \ጊዜ 10^{-5} \ጊዜ 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \ጊዜ 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \approx 1,34 \times 10^{-4} \]
ስለዚህ፣ የሃይድሮክሳይድ አየኖች \([OH^-]\) ክምችት \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\) ነው።
ቀጥሎም የ pOH ን እናሰላለን:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \approx 3,87 \]
ከዚያ በኋላ በ pH እና pOH መካከል ያለውን ግንኙነት እንጠቀማለን፡
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3,87 = 14 \]
\[ \text{pH} \approx 10,13 \]
ስለዚህ፣ የ0,01 M የአሞኒያ መፍትሄ ፒኤች 10,13 አካባቢ ነው።
ከሲምፑላን
በፒኤች ጥናት፣ በጠንካራ እና ደካማ አሲዶች እና ቤዞች መካከል ያለውን ልዩነት እና እያንዳንዱ በመፍትሔ ውስጥ እንዴት እንደሚለያይ መረዳት አስፈላጊ ነው። ይህ የአንድ የተወሰነ መፍትሄ ፒኤች እንዴት እንደምናሰላ በቀጥታ ይነካል። ፒኤችን ማስላት ሎጋሪዝም እና መሰረታዊ የኬሚካል መርሆዎችን መጠቀምን ያካትታል። እነዚህን ፅንሰ ሀሳቦች መረዳት በተለያዩ የኬሚስትሪ እና የባዮሎጂ ዕለታዊ አተገባበሮች ላይ ሊረዳን ይችላል።
