Cwestiynau Enghreifftiol yn Trafod pH Asidau a Basau
Pan fyddwn yn siarad am asidau a basau, un cysyniad pwysig y mae'n rhaid i ni ei ddeall yw pH. Mae pH yn fesur o asidedd neu alcalinedd hydoddiant. Un fformiwla a ddefnyddir i bennu pH yw:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
Yn y fformiwla hon, \([H^+]\) yw crynodiad yr ïonau hydrogen yn y toddiant wedi'i fesur mewn molaredd (\(\text{mol/L}\)). Yn ogystal â pH, mae gennym hefyd \(\text{pOH}\), a ddefnyddir i bennu basigedd toddiant:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
Yna, mae'r berthynas rhwng pH a pOH yn cael ei llywodraethu gan yr hafaliad canlynol:
[\text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
Isod byddwn yn trafod sawl cwestiwn enghreifftiol ynghylch sut i gyfrifo pH toddiannau asid a bas, ynghyd â'u trafodaethau.
Cwestiwn Enghraifft 1: Cyfrifo pH Toddiant Asid Cryf
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH toddiant HCl (asid hydroclorig) gyda chrynodiad o 0,01 M.
Trafodaeth:
Mae HCl yn asid cryf a fydd yn daduno'n llwyr mewn dŵr:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Gan fod HCl wedi'i ddaduniadu'n llwyr, bydd crynodiad yr ïonau hydrogen \([H^+]\) yn yr hydoddiant yr un fath â chrynodiad cychwynnol HCl, sef 0,01 M.
\[ [H^+] = 0,01 \, \text{M} \]
Nesaf, rydym yn defnyddio'r fformiwla pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
[pH = -log (0,01)]
[pH = -log (10-2)]
\[ \text{pH} = 2 \]
Felly, pH toddiant HCl 0,01 M yw 2.
Cwestiwn Enghraifft 2: Cyfrifo pH Toddiant Sylfaen Cryf
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH toddiant NaOH (sodiwm hydrocsid) gyda chrynodiad o 0,001 M.
Trafodaeth:
Mae NaOH yn sylfaen gref sy'n daduno'n llwyr mewn dŵr:
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Bydd crynodiad yr ïonau hydrocsid \([OH^-]\) yn yr hydoddiant yr un fath â chrynodiad cychwynnol NaOH, sef 0,001 M.
\[ [OH^-] = 0,001 \, \text{M} \]
Nesaf, rydym yn cyfrifo'r pOH:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (0,001) \]
\[ \text{pOH} = -\log (10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
Ar ôl hynny, rydym yn defnyddio'r berthynas rhwng pH a pOH:
[\text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3 = 14 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
Felly, pH toddiant NaOH 0,001 M yw 11.
Cwestiwn Enghraifft 3: Cyfrifo pH Toddiant Asid Gwan
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH hydoddiant CH3COOH (asid asetig) gyda chrynodiad o 0,01 M a chysonyn daduniad o ≥ 1,8 × 10⁻⁶.
Trafodaeth:
Unwaith y bydd gennym asid gwan, fel asid asetig, nad yw'n daduno'n llwyr, rhaid inni ddefnyddio'r cysonyn daduniad asid (\(K_a\)) i ddod o hyd i grynodiad yr ïonau H+ yn yr hydoddiant.
Yr hafaliad ar gyfer daduniad asid asetig mewn dŵr:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \leftrightarrow \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
Cysonyn daduniad (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
Gadewch i ni dybio bod crynodiad ïonau hydrogen ac ïonau asetat yn \(x\), yna:
[K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Gan fod \(K_a\) yn fach iawn, gallwn dybio bod \(0,01 – x \approx 0,01\):
[1,8 × 10⁻⁴ = \frac{x²}{0,01}]
[x^2 = 1,8 × 10^{-5} × 0,01]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}}]
\[ x \tua 1,34 \times 10^{-4} \]
Felly, crynodiad yr ïonau hydrogen \([H^+]\) yw \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\).
Nesaf, rydym yn cyfrifo'r pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
[pH = -log (1,34 gwaith 10-4)]
\[ \text{pH} \tua 3,87 \]
Felly, mae pH toddiant asid asetig 0,01 M tua 3,87.
Cwestiwn Enghraifft 4: Cyfrifo pH Toddiant Sylfaen Gwan
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH hydoddiant o NH3 (amonia) gyda chrynodiad o 0,01 M a chysonyn daduniad bas (K_b = 1,8 × 10-5).
Trafodaeth:
Mae NH3 yn sylfaen wan nad yw'n daduno'n llwyr. Rhaid inni ddefnyddio'r cysonyn daduniad sylfaen (\(K_b\)) i ddod o hyd i grynodiad yr ïonau OH^- mewn hydoddiant.
Adwaith daduniad amonia mewn dŵr:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Cysonyn daduniad sylfaen (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
Gadewch i ni dybio bod crynodiad yr ïonau amoniwm a'r ïonau hydrocsid yn \(x\), yna:
[K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Gan fod \(K_b\) yn fach iawn, gallwn dybio bod \(0,01 – x \approx 0,01\):
[1,8 × 10⁻⁴ = \frac{x²}{0,01}]
[x^2 = 1,8 × 10^{-5} × 0,01]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}}]
\[ x \tua 1,34 \times 10^{-4} \]
Felly, crynodiad yr ïonau hydrocsid \([OH^-]\) yw \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\).
Nesaf, rydym yn cyfrifo'r pOH:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \tua 3,87 \]
Ar ôl hynny, rydym yn defnyddio'r berthynas rhwng pH a pOH:
[\text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3,87 = 14 \]
\[ \text{pH} \tua 10,13 \]
Felly, mae pH toddiant amonia 0,01 M tua 10,13.
Casgliad
Wrth astudio pH, mae'n bwysig deall y gwahaniaeth rhwng asidau a basau cryf a gwan, a sut mae pob un yn daduno mewn toddiant. Mae hyn yn effeithio'n uniongyrchol ar sut rydym yn cyfrifo pH toddiant penodol. Mae cyfrifo pH yn cynnwys defnyddio logarithmau ac egwyddorion cemegol sylfaenol. Gall deall y cysyniadau hyn ein helpu mewn amrywiaeth o gymwysiadau bob dydd o gemeg a bioleg.
