Արենիուսի թթուների և հիմքերի վերաբերյալ հարցերի օրինակներ և քննարկում
Թթուներն ու հիմքերը քիմիայի հիմնարար հասկացություններ են։ Թթուների և հիմքերի վարքագիծը բացատրող ամենահայտնի տեսություններից մեկը Արենիուսի տեսությունն է։ Արենիուսի համաձայն՝ թթուն միացություն է, որը ջրում լուծվելիս առաջացնում է H⁺ (կամ H₃O⁺) իոններ, մինչդեռ հիմքը միացություն է, որը ջրում լուծվելիս առաջացնում է OH⁻ իոններ։ Այս հոդվածում մենք կքննարկենք Արենիուսի տեսության համաձայն թթուներին և հիմքերին վերաբերող մի քանի օրինակելի խնդիրներ՝ դրանց լուծումների հետ միասին։
Օրինակ՝ հարց 1
Հարց՝
0,1 Մ աղաթթվի (HCl) լուծույթը լուծվում է ջրում։ Հաշվարկեք H⁺ իոնների կոնցենտրացիան լուծույթում։
Քննարկում.
Արենիուսի տեսության համաձայն, HCl-ը թթու է, քանի որ ջրում լուծելիս առաջացնում է H⁺ իոններ: Ջրում HCl-ի իոնացման հավասարումը հետևյալն է.
\[ \text{HCl} \մինչև \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl-ի սկզբնական կոնցենտրացիան 0,1 Մ է: Քանի որ HCl-ը ուժեղ թթու է, որը ջրային լուծույթում ամբողջությամբ իոնացվում է, HCl-ի յուրաքանչյուր մոլեկուլ կառաջացնի մեկ H⁺ իոն և մեկ Cl⁻ իոն: Հետևաբար, լուծույթում H⁺ իոնների կոնցենտրացիան նույնպես հավասար է HCl-ի կոնցենտրացիային, այսինքն՝
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{M} \]
Այսպիսով, H⁺ իոնների կոնցենտրացիան 0,1 Մ HCl լուծույթում կազմում է 0,1 Մ։
Օրինակ՝ հարց 2
Հարց՝
Հաշվարկեք 0,01 Մ ազոտական թթվի (HNO₃) լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
HNO₃-ը ուժեղ թթու է, որը ջրում լիովին իոնացվում է, ուստի HNO₃-ի իոնացման հավասարումը հետևյալն է.
\[ \text{HNO}_3 \մինչև \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
HNO₃-ի տրված կոնցենտրացիան 0,01 Մ է: Քանի որ HNO₃-ն ուժեղ թթու է, HNO₃-ի յուրաքանչյուր մոլեկուլ կառաջացնի մեկ H⁺ իոն: Հետևաբար, լուծույթում H⁺ իոնների կոնցենտրացիան հավասար է HNO₃-ի կոնցենտրացիային, այսինքն՝
\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{M} \]
pH-ը կարելի է հաշվարկել բանաձևով.
pH = -log [H^+]
H⁺ իոնների կոնցենտրացիան բանաձևի մեջ ներառելով՝ ստանում ենք՝
pH = -log (0,01) = -log (10^{-2}) = 2
Այսպիսով, 0,01 Մ HNO₃ լուծույթի pH-ը 2 է։
Օրինակ՝ հարց 3
Հարց՝
Որոշեք OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան 0,05 Մ NaOH լուծույթում։
Քննարկում.
NaOH-ը ուժեղ հիմք է, որը ջրում լիովին իոնացվում է, ուստի NaOH-ի իոնացման հավասարումը հետևյալն է.
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
NaOH-ի տրված կոնցենտրացիան 0,05 Մ է։ Քանի որ NaOH-ը ուժեղ հիմք է, յուրաքանչյուր NaOH մոլեկուլ կառաջացնի մեկ OH⁻ իոն։ Հետևաբար, լուծույթում OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան հավասար է NaOH-ի կոնցենտրացիային, այսինքն՝
\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{M} \]
Այսպիսով, OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան 0,05 Մ NaOH լուծույթում կազմում է 0,05 Մ։
Օրինակ՝ հարց 4
Հարց՝
Հաշվարկեք 0,01 Մ KOH լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
KOH-ը ուժեղ հիմք է, որը ջրում լիովին իոնացվում է։ KOH-ի իոնացման հավասարումը ջրում հետևյալն է.
\[ \text{KOH} \մինչև \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
KOH-ի տրված կոնցենտրացիան 0,01 Մ է։ Քանի որ KOH-ը ուժեղ հիմք է, յուրաքանչյուր KOH մոլեկուլ կառաջացնի մեկ OH⁻ իոն։ Հետևաբար, լուծույթում OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան հավասար է KOH-ի կոնցենտրացիային, այսինքն՝
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{M} \]
pH-ը լուծույթում H⁺ իոնների կոնցենտրացիայի չափանիշ է։ Մենք կարող ենք օգտագործել pH-ի, H⁺ իոնների և OH⁻ իոնների միջև եղած կապը, որը տրված է ջրի իոնային արտադրյալով (կՎտ):
\[ \text{Կվ} = [\text{Հ}^+][\text{ՕՀ}^-] = 1 անգամ 10^{-14} \]
Իմանալով [OH⁻]-ի արժեքը, կարող ենք հաշվարկել [H⁺]-ն՝
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 x 10^{-14}}{0,01} = 1 x 10^{-12} \text{M} \]
pH-ը կարելի է հաշվարկել բանաձևով.
pH = -log [H^+]
H⁺ իոնների կոնցենտրացիան բանաձևի մեջ ներառելով՝ ստանում ենք՝
pH = -log (1 x 10^{-12}) = 12]
Այսպիսով, 0,01 Մ KOH լուծույթի pH-ը 12 է։
Օրինակ՝ հարց 5
Հարց՝
Լուծույթի pH-ը = 3 է։ Հաշվարկեք լուծույթում H⁺ իոնների կոնցենտրացիան։
Քննարկում.
pH-ը լուծույթում H⁺ իոնների կոնցենտրացիայի չափանիշ է և կարող է արտահայտվել բանաձևով՝
pH = -log [H^+]
H⁺ իոնների կոնցենտրացիան հաշվարկելու համար մենք փոխում ենք բանաձևը հետևյալի՝
\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
Մուտքագրելով տրված pH արժեքները՝ ստանում ենք՝
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{M} \]
Այսպիսով, pH = 3 լուծույթում H⁺ իոնների կոնցենտրացիան 0,001 Մ է։
Օրինակ՝ հարց 6
Հարց՝
NH₄OH լուծույթի կոնցենտրացիան 0,1 Մ է: Հաշվարկեք լուծույթի pH-ը, եթե NH₄OH-ի Kb արժեքը 1,8 x 10⁻⁵ է:
Քննարկում.
NH₄OH-ը թույլ հիմք է, որը ջրում լիովին չի իոնացվում: NH₄OH-ի իոնացման հավասարումը ջրում հետևյալն է.
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
NH₄OH-ի իոնացման հավասարակշռության հաստատունը կոչվում է Kb և տրվում է հետևյալ բանաձևով՝
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
Քանի որ NH₄OH-ը թույլ հիմք է, մենք օգտագործում ենք Kb-ն OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան հաշվարկելու համար: Ենթադրելով, որ \(x\)-ը իոնացված NH₄OH-ի կոնցենտրացիան է, իոնացման հավասարումը դառնում է հետևյալը.
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \մոտավորապես \frac{x^2}{0,1} \]
Քանի որ Kb-ի արժեքը շատ փոքր է, մենք ենթադրում ենք \(0,1 – x \մոտավորապես 0,1\):
\[ 1,8 անգամ 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
x^2 = 1,8 անգամ 10^{-6}
x = 1,8 x 10^{-6}}
x մոտավորապես 1,34 անգամ 10^{-3} M
Այսպիսով, OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան \(1,34 \times 10^{-3} \text{M}\) է։
Այս կոնցենտրացիայից կարող ենք հաշվարկել H⁺ իոնների կոնցենտրացիան՝ օգտագործելով Kw-ն՝
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 x 10^{-14}}{1,34 x 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 անգամ 10^{-12} \text{M} \]
pH- ը:
pH = -log (7,46 անգամ 10^{-12})
pH մոտավորապես 11,13
Այսպիսով, 0,1 Մ NH₄OH լուծույթի pH-ը մոտ 11,13 է:
Եզրակացություն
Արենիուսի տեսությունը արժեքավոր հիմք է տալիս հասկանալու համար, թե ինչպես են թթուներն ու հիմքերը իրենց պահում լուծույթում: Այս քննարկման մեջ մենք դիտարկել ենք մի քանի օրինակելի խնդիրներ, որոնք ցույց են տալիս, թե ինչպես կարելի է այս հասկացությունները օգտագործել H⁺ և OH⁻ իոնների կոնցենտրացիաները և տարբեր լուծույթների pH-ը հաշվարկելու համար: Այս տեսության հասկացողությունը կարևոր է քիմիայի ոլորտում կարիերա հետապնդող յուրաքանչյուրի համար, անկախ նրանից՝ ավագ դպրոցում է, թե բարձրագույն կրթության մակարդակում:
