એરેનિયસ એસિડ અને બેઝના ઉદાહરણ પ્રશ્નો અને ચર્ચા
રસાયણશાસ્ત્રમાં એસિડ અને બેઇઝ મૂળભૂત ખ્યાલો છે. એસિડ અને બેઇઝના વર્તનને સમજાવવા માટે સૌથી જાણીતા સિદ્ધાંતોમાંનો એક એરેનિયસ સિદ્ધાંત છે. એરેનિયસ અનુસાર, એસિડ એક સંયોજન છે જે પાણીમાં ઓગળવા પર H⁺ (અથવા H₃O⁺) આયનો ઉત્પન્ન કરે છે, જ્યારે બેઇઝ એક સંયોજન છે જે પાણીમાં ઓગળવા પર OH⁻ આયનો ઉત્પન્ન કરે છે. આ લેખમાં, આપણે એરેનિયસ સિદ્ધાંત અનુસાર એસિડ અને બેઇઝ સંબંધિત ઘણી સમસ્યાઓ, તેમના ઉકેલો સાથે ચર્ચા કરીશું.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૨
પ્રશ્ન:
0,1 M હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) દ્રાવણ પાણીમાં ઓગળવામાં આવે છે. દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતાની ગણતરી કરો.
ચર્ચા:
એરેનિયસ સિદ્ધાંત મુજબ, HCl એક એસિડ છે કારણ કે તે પાણીમાં ઓગળવાથી H⁺ આયનો ઉત્પન્ન કરે છે. પાણીમાં HCl માટે આયનીકરણ સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{HCl} \થી \ટેક્સ્ટ{H}^+ + \ટેક્સ્ટ{Cl}^- \]
HCl ની શરૂઆતની સાંદ્રતા 0,1 M છે. HCl એક મજબૂત એસિડ છે જે જલીય દ્રાવણમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ કરે છે, તેથી દરેક HCl પરમાણુ એક H⁺ આયન અને એક Cl⁻ આયન ઉત્પન્ન કરશે. તેથી, દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતા પણ HCl ની સાંદ્રતા જેટલી જ છે, એટલે કે:
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = 0,1 \ટેક્સ્ટ{ M} \]
તેથી, 0,1 M HCl દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતા 0,1 M છે.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૨
પ્રશ્ન:
0,01 M નાઈટ્રિક એસિડ (HNO₃) દ્રાવણના pH ની ગણતરી કરો.
ચર્ચા:
HNO₃ એક મજબૂત એસિડ છે જે પાણીમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ કરે છે, તેથી HNO₃ માટે આયનીકરણ સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{HNO}_3 \થી \ટેક્સ્ટ{H}^+ + \ટેક્સ્ટ{NO}_3^- \]
HNO₃ ની આપેલ સાંદ્રતા 0,01 M છે. HNO₃ એક મજબૂત એસિડ હોવાથી, HNO₃ ના દરેક પરમાણુ એક H⁺ આયન ઉત્પન્ન કરશે. તેથી, દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતા HNO₃ ની સાંદ્રતા જેટલી છે, એટલે કે:
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = 0,01 \ટેક્સ્ટ{ M} \]
pH ની ગણતરી સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{pH} = -\લોગ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] \]
સૂત્રમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતાને પ્લગ કરીને, આપણને મળે છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{pH} = -\લોગ (0,01) = -\લોગ (10^{-2}) = 2 \]
તેથી, 0,01 M HNO₃ દ્રાવણનો pH 2 છે.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૨
પ્રશ્ન:
0,05 M NaOH દ્રાવણમાં OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા નક્કી કરો.
ચર્ચા:
NaOH એક મજબૂત આધાર છે જે પાણીમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ કરે છે, તેથી NaOH માટે આયનીકરણ સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
આપેલ NaOH ની સાંદ્રતા 0,05 M છે. NaOH એક મજબૂત આધાર હોવાથી, દરેક NaOH પરમાણુ એક OH⁻ આયન ઉત્પન્ન કરશે. તેથી, દ્રાવણમાં OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા NaOH ની સાંદ્રતા જેટલી છે, એટલે કે:
\[ [\ટેક્સ્ટ{OH}^-] = 0,05 \ટેક્સ્ટ{ M} \]
તેથી, 0,05 M NaOH દ્રાવણમાં OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા 0,05 M છે.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૨
પ્રશ્ન:
0,01 M KOH દ્રાવણના pH ની ગણતરી કરો.
ચર્ચા:
KOH એક મજબૂત આધાર છે જે પાણીમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ કરે છે. પાણીમાં KOH માટે આયનીકરણ સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{KOH} \થી \ટેક્સ્ટ{K}^+ + \ટેક્સ્ટ{OH}^- \]
આપેલ KOH સાંદ્રતા 0,01 M છે. KOH એક મજબૂત આધાર હોવાથી, દરેક KOH પરમાણુ એક OH⁻ આયન ઉત્પન્ન કરશે. તેથી, દ્રાવણમાં OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા KOH ની સાંદ્રતા જેટલી છે, એટલે કે:
\[ [\ટેક્સ્ટ{OH}^-] = 0,01 \ટેક્સ્ટ{ M} \]
pH એ દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતાનું માપ છે. આપણે પાણીના આયન ઉત્પાદન (Kw) દ્વારા આપવામાં આવેલા pH, H⁺ આયનો અને OH⁻ આયનો વચ્ચેના સંબંધનો ઉપયોગ કરી શકીએ છીએ:
\[ \ટેક્સ્ટ{Kw} = [\ટેક્સ્ટ{H}^+][\ટેક્સ્ટ{OH}^-] = 1 \ગુણા 10^{-14} \]
[OH⁻] ની કિંમત જાણીને, આપણે [H⁺] ની ગણતરી કરી શકીએ છીએ:
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = \frac{\ટેક્સ્ટ{Kw}}{[\ટેક્સ્ટ{OH}^-]} = \frac{1 \ગુણા 10^{-14}}{0,01} = 1 \ગુણા 10^{-12} \ટેક્સ્ટ{ M} \]
pH ની ગણતરી સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{pH} = -\લોગ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] \]
સૂત્રમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતાને પ્લગ કરીને, આપણને મળે છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{pH} = -\લોગ (1 \ગુણા 10^{-12}) = 12 \]
તેથી, 0,01 M KOH દ્રાવણનો pH 12 છે.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૨
પ્રશ્ન:
દ્રાવણમાં pH = 3 હોય છે. દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતાની ગણતરી કરો.
ચર્ચા:
pH એ દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતાનું માપ છે અને તેને સૂત્ર દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{pH} = -\લોગ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] \]
H⁺ આયનોની સાંદ્રતાની ગણતરી કરવા માટે, આપણે સૂત્ર બદલીએ છીએ:
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = 10^{-\ટેક્સ્ટ{pH}} \]
આપેલ pH મૂલ્યોને પ્લગ ઇન કરીને, આપણને મળે છે:
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \ટેક્સ્ટ{ M} \]
તેથી, pH = 3 વાળા દ્રાવણમાં H⁺ આયનોની સાંદ્રતા 0,001 M છે.
ઉદાહરણ પ્રશ્ન ૨
પ્રશ્ન:
NH₄OH દ્રાવણની સાંદ્રતા 0,1 M છે. જો NH₄OH માટે Kb મૂલ્ય 1,8 x 10⁻⁵ હોય તો દ્રાવણના pH ની ગણતરી કરો.
ચર્ચા:
NH₄OH એક નબળો આધાર છે જે પાણીમાં સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ કરતો નથી. પાણીમાં NH₄OH માટે આયનીકરણ સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
\[ \ટેક્સ્ટ{NH}_4\ટેક્સ્ટ{OH} \leftrightarrow \ટેક્સ્ટ{NH}_4^+ + \ટેક્સ્ટ{OH}^- \]
NH₄OH ના આયનીકરણ માટે સંતુલન સ્થિરાંકને Kb કહેવામાં આવે છે અને તે આના દ્વારા આપવામાં આવે છે:
\[ K_b = \frac{[\ટેક્સ્ટ{NH}_4^+][\ટેક્સ્ટ{OH}^-]}{[\ટેક્સ્ટ{NH}_4\ટેક્સ્ટ{OH}} \]
NH₄OH એક નબળો આધાર હોવાથી, આપણે OH⁻ આયનોની સાંદ્રતાની ગણતરી કરવા માટે Kb નો ઉપયોગ કરીએ છીએ. ધારો કે \(x\) એ આયનાઇઝ્ડ NH₄OH ની સાંદ્રતા છે, તો આયનીકરણ સમીકરણ બને છે:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \આશરે \frac{x^2}{0,1} \]
Kb નું મૂલ્ય ખૂબ નાનું હોવાથી, આપણે ધારીએ છીએ કે \(0,1 – x \અંદાજે 0,1\):
\[ ૧.૮ \ગુણા ૧૦^{-૫} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \ગુણા 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \ગુણા 10^{-6}} \]
\[ x \આશરે 1,34 \ગુણા 10^{-3} \ટેક્સ્ટ{ M} \]
તેથી, OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\) છે.
આ સાંદ્રતામાંથી, આપણે Kw નો ઉપયોગ કરીને H⁺ આયનોની સાંદ્રતાની ગણતરી કરી શકીએ છીએ:
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = \frac{1 \ગુણા 10^{-14}}{1,34 \ગુણા 10^{-3}} \]
\[ [\ટેક્સ્ટ{H}^+] = 7,46 \ગુણા 10^{-12} \ટેક્સ્ટ{ M} \]
પીએચ:
\[ \ટેક્સ્ટ{pH} = -\લોગ (7,46 \ગુણા 10^{-12}) \]
\[ \ટેક્સ્ટ{પીએચ} \આશરે 11,13 \]
તેથી, 0,1 M NH₄OH દ્રાવણનો pH લગભગ 11,13 છે.
કેસિમ્પુલન
એરેનિયસ સિદ્ધાંત એસિડ અને બેઇઝ દ્રાવણમાં કેવી રીતે વર્તે છે તે સમજવા માટે એક મૂલ્યવાન પાયો પૂરો પાડે છે. આ ચર્ચામાં, આપણે ઘણી ઉદાહરણો સમસ્યાઓ જોઈ છે જે દર્શાવે છે કે આ ખ્યાલોનો ઉપયોગ H⁺ અને OH⁻ આયનોની સાંદ્રતા અને વિવિધ દ્રાવણોના pH ની ગણતરી કરવા માટે કેવી રીતે થઈ શકે છે. રસાયણશાસ્ત્રમાં કારકિર્દી બનાવતા કોઈપણ વ્યક્તિ માટે, પછી ભલે તે હાઇ સ્કૂલ અથવા ઉચ્ચ શિક્ષણ સ્તરે હોય, આ સિદ્ધાંતને સમજવો જરૂરી છે.
