Բրյոնստեդ-Լոուրիի թթվահիմնային քննարկման հարցերի օրինակ

Բրյոնստեդ-Լոուրիի թթվահիմնային քննարկման հարցերի օրինակ

Թթուներն ու հիմքերը քիմիայի կարևոր հասկացություններ են, որոնք տարիների ընթացքում մշակվել և կատարելագործվել են բազմաթիվ գիտնականների կողմից: Ամենատարածված տեսություններից մեկը Բրոնստեդ-Լոուրիի տեսությունն է, որն առաջարկվել է Յոհաննես Նիկոլաուս Բրոնստեդի և Թոմաս Մարտին Լոուրիի կողմից 1923 թվականին: Այս տեսությունն առաջարկում է ավելի լայն պատկերացում այն ​​մասին, թե ինչպես են թթուներն ու հիմքերը փոխազդում քիմիական ռեակցիաներում: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք մի քանի օրինակելի խնդիրներ, որոնք կապված են Բրոնստեդ-Լոուրիի թթուների և հիմքերի հասկացության և դրանց լուծման հետ:

Բրյոնստեդ-Լոուրիի թթուների և հիմքերի հիմնական հասկացությունները

Բրյոնստեդ-Լոուրիի տեսության համաձայն՝ թթուն մի նյութ է, որը կարող է պրոտոն նվիրաբերել (H+), մինչդեռ հիմքը՝ մի նյութ, որը կարող է պրոտոն ընդունել։ Քիմիական ռեակցիաներում թթուներն ու հիմքերը փոխազդում են պրոտոնների փոխանցման գործընթացի միջոցով, որտեղ մեկ միացությունը գործում է որպես թթու՝ պրոտոն անջատելով, իսկ մյուս միացությունը գործում է որպես հիմք՝ պրոտոն ընդունելով։

Թթվահիմնային ռեակցիաների օրինակներ

Բրյոնստեդ-Լոուրիի տեսության համաձայն՝ թթվի և հիմքի միջև պարզ ռեակցիայի օրինակ է պղնձի (II) սուլֆատի (H2SO4) և նատրիումի հիդրօքսիդի (NaOH) միջև ռեակցիան։

\[ \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaHSO4}_4 + \text{H}_2\text{O} \]

Այս ռեակցիայի մեջ ծծմբական թթուն (H2SO4) հանդես է գալիս որպես Բրոնստեդ-Լոուրի թթու, քանի որ այն պրոտոն է նվիրաբերում (H+) NaOH հիմքին, որն էլ ընդունում է պրոտոնը։

Հարցերի և քննարկումների նմուշներ

Հարց 1. Թթուների և հիմքերի նույնականացում

Հարց՝

Հետևյալ ռեակցիաներում նույնականացրեք Բրյոնստեդ-Լոուրիի թթուներն ու հիմքերը.

\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2 \text{O} \rightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]

Քննարկում.

Այս ռեակցիայի մեջ ամոնիակը (NH3) և ջուրը (H2O) ռեակտիվ նյութերն են, իսկ ամոնիումի իոնները (NH4+) և հիդրօքսիդի իոնները (OH-)՝ ռեակցիայի արգասիքները։ Եկեք տեսնենք, թե դրանցից որն է գործում որպես թթու, և որը՝ որպես հիմք։

– NH3-ը գործում է որպես հիմք, քանի որ այն ընդունում է պրոտոններ (H+) H2O-ից՝ առաջացնելով NH4+:
– H2O-ն գործում է որպես թթու, քանի որ այն պրոտոն (H+) է նվիրաբերում NH3-ին՝ առաջացնելով OH-։

Այսպիսով, այս ռեակցիայի մեջ.
– NH3-ը Բրյոնստեդ-Լոուրիի բազա է։
– H2O-ն Բրոնշտեդ-Լոուրի թթու է։

Հարց 2. Խոնյուգացիայի ռեակցիաների գրումը

Հարց՝

Գրեք հետևյալ ռեակցիաների համար նախատեսված թթու-հիմնային զույգերը՝

\[ \text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^- \]

Քննարկում.

Այս ռեակցիայի մեջ HCl-ը գործում է որպես Բրոնշտեդ-Լոուրի թթու՝ H2O-ին նվիրաբերելով պրոտոն (H+): Ջուրը (H2O) ընդունում է պրոտոնը և գործում է որպես Բրոնշտեդ-Լոուրի հիմք: Պրոտոն կորցնելուց հետո HCl-ը վերածվում է Cl-ի, իսկ H2O-ն, պրոտոն ձեռք բերելուց հետո, վերածվում է H3O+-ի:

– Թթու (HCl) և դրա կոնյուգացված հիմքը (Cl-)
– Հիմք (H2O) և դրա կոնյուգացված թթու (H3O+)

Այսպիսով, այս ռեակցիայում կոնյուգացված թթու-հիմնային զույգը հետևյալն է.
– HCl / Cl-
– H2O / H3O+

Հարց 3. Թույլ թթվային լուծույթի pH-ի հաշվարկը

Հարց՝

Հաշվարկեք քացախաթթվի (CH3COOH) 0.1 Մ լուծույթի pH-ը, եթե հայտնի է, որ թթվային դիսոցիացիայի հաստատունը (Ka) հավասար է (1.8 x 10^{-5})-ի։

Քննարկում.

Քացախաթթուն թույլ թթու է, և ջրում այն ​​միայն մասամբ է իոնացվում հետևյալ հավասարման համաձայն.

\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]

pH-ը հաշվարկելու քայլերը հետևյալն են.

1. Ստեղծեք հավասարակշռության արտահայտությունը` օգտագործելով սկզբնական կոնցենտրացիան և կոնցենտրացիայի փոփոխությունը.

Ka = ֆրակ{[CH_3 COO}^-][H^+]}{[CH_3 COOH}]}

2. Փոխարինեք հայտնի արժեքները և լուծեք \([H^+]\):

\[ 1.8 անգամ 10^{-5} = \frac{x^2}{0.1 – x} \]

Քանի որ \(x\)-ը շատ փոքր է 0.1-ի համեմատ, մենք կարող ենք մոտավորապես \(0.1 – x \մոտավորապես 0.1\) հաշվարկել։

\[ 1.8 անգամ 10^{-5} = \frac{x^2}{0.1} \]
x^2 = 1.8 անգամ 10^{-6}
x = 1.8 x 10^{-6}}
x մոտավորապես 1.34 անգամ 10^{-3}

3. Հաշվարկեք pH-ը։

pH = -log[H^+]
pH = -log(1.34 x 10^{-3})
pH մոտավորապես 2.87

Այսպիսով, 0.1 Մ քացախաթթվի լուծույթի pH-ը մոտ 2.87 է:

Հարց 4. Ամֆիպրոտային լուծույթների նույնականացում

Հարց՝

Հետևյալ ռեակցիայում նույնականացրեք ամֆիպրոտային լուծույթը և բացատրեք, թե ինչու։

\[ \text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^- \]

Քննարկում.

Ամֆիպրոտային լուծույթը լուծույթ է, որը կարող է գործել որպես թթու կամ հիմք՝ կախված ռեակցիայի պայմաններից: Վերևում բերված օրինակային ռեակցիայում՝

– \(\text{HCO}_3^-\)-ը գործում է որպես հիմք, երբ այն ընդունում է պրոտոն \(\text{H}_2\text{O}\-ից՝ առաջացնելով \(\text{H}_2\text{CO}_3\):
– \(\text{HCO}_3^-\)-ը կարող է նաև գործել որպես թթու այլ պայմաններում՝ անջատելով պրոտոն և առաջացնելով \(\text{CO}_3^{2-}\).

Սա ցույց է տալիս, որ \(\text{HCO}_3^-\) իոնը ամֆիպրոտիկ է։ Այն կարող է գործել և՛ որպես թթու (պրոտոնի դոնոր), և՛ որպես հիմք (պրոտոնի ակցեպտոր), կախված նրանից, թե ինչ նյութի հետ է այն ռեակցիայի մեջ մտնում։

Այս օրինակելի խնդիրների միջոցով մենք կարող ենք ավելի լավ հասկանալ, թե ինչպես է Բրոնստեդ-Լոուրիի թթվահիմնային տեսությունը օգտագործվում քիմիական փոխազդեցությունները վերլուծելու և կանխատեսելու համար: Այս տեսության ամուր ըմբռնումը հիմք է հանդիսանում քիմիայի, կենսաքիմիայի և այլ գիտությունների բազմաթիվ կիրառությունների համար: