Օրինակելի հարցեր, որոնք քննարկում են թթուների և հիմքերի ուժգնությունն ու pH-ը

Օրինակելի հարցեր, որոնք քննարկում են թթուների և հիմքերի ուժգնությունը և pH-ը

Թթվահիմնային ամրությունը և pH-ը կարևոր թեմաներ են քիմիայի մեջ, մասնավորապես թթուների և հիմքերի ոլորտում: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք, թե ինչպես որոշել թթվային և հիմքային ամրությունը և հաշվարկել լուծույթի pH-ը՝ օգտագործելով մի քանի օրինակելի խնդիրներ:

Ներածություն թթուներին և հիմքերին

Ասամ

Թթուն միացություն է, որը կարող է ջրում լուծելիս արտազատել ջրածնի իոններ (H⁺): H⁺ իոններ արտազատելու իրենց ունակության հիման վրա թթուները դասակարգվում են երկու տեսակի՝

1. Ուժեղ թթու. Թթու, որը լուծույթում դիսոցվում է 100%-ով՝ լիովին անջատելով H⁺ իոններ: Օրինակներ՝ աղաթթու (HCl), ծծմբական թթու (H₂SO₄), ազոտական ​​թթու (HNO₃):
2. Թույլ թթու. Թթու, որը լուծույթում դիսոցվում է միայն մասամբ, միայն որոշ մոլեկուլներ են անջատում H⁺ իոններ: Օրինակներ՝ քացախաթթու (CH₃COOH), ածխաթթու (H₂CO₃), ցիանաթթու (HCN):

Բասա

Հիմքը միացություն է, որը կարող է ջրում լուծելիս անջատել հիդրօքսիդ իոններ (OH⁻): OH⁻ իոններ անջատելու իրենց ունակության հիման վրա հիմքերը նույնպես դասակարգվում են երկու տեսակի՝

1. Ուժեղ հիմք. Հիմք, որը լուծույթում դիսոցվում է 100%-ով՝ լիովին անջատելով OH⁻ իոններ: Օրինակներ՝ նատրիումի հիդրօքսիդ (NaOH), կալիումի հիդրօքսիդ (KOH):
2. Թույլ հիմք. Հիմք, որը լուծույթում դիսոցվում է միայն մասամբ, միայն որոշ մոլեկուլներ են անջատում OH⁻ իոններ: Օրինակներ՝ ամոնիակ (NH₃), մագնեզիումի հիդրօքսիդ (Mg(OH)₂):

pH հասկացությունը

pH-ը լուծույթի թթվայնության կամ ալկալիության չափանիշ է։ Այն սահմանվում է որպես ջրածնի իոնի (H⁺) կոնցենտրացիայի բացասական լոգարիթմ։

\[ \text{pH} = – \log [H⁺] \]

Հիմնային լուծույթների համար օգտագործվում է նաև pOH-ը, որը սահմանվում է որպես հիդրօքսիդ իոնի (OH⁻) կոնցենտրացիայի բացասական լոգարիթմ՝

\[ \text{pOH} = – \log [OH⁻] \]

pH-ի և pOH-ի միջև կապը հետևյալն է.

pH + pOH = 14

pH 7-ը կոչվում է չեզոք, 7-ից փոքր pH-ը՝ թթվային, իսկ 7-ից բարձր pH-ը՝ ալկալային։

Հարցերի և քննարկման նմուշներ

Օրինակ՝ հարց 1. Ուժեղ թթվի pH-ի հաշվարկը

Հարց՝ Որոշեք 0,01 Մ HCl լուծույթի pH-ը։

Քննարկում. HCl-ը ուժեղ թթու է, որը լիովին դիսոցվում է H⁺ և Cl⁻ իոնների: Քանի որ HCl-ի և H⁺-ի միջև մոլային հարաբերակցությունը 1:1 է, H⁺-ի կոնցենտրացիան 0,01 Մ է:

\[ \text{pH} = – \log [H⁺] \]
pH = – log (0,01)
pH = 2

Այսպիսով, 0,01 Մ HCl լուծույթի pH-ը 2 է։

Օրինակ՝ հարց 2. Թույլ թթվի pH-ի հաշվարկը

Հարց՝ Որոշեք 0,1 Մ CH₃COOH (քացախաթթվի) լուծույթի pH-ը, եթե CH₃COOH-ի K(a)-ն հավասար է 1,8 անգամ 10^{-5}\):

Քննարկում. Թույլ թթուները լիովին չեն դիսոցվում, ուստի մենք օգտագործում ենք թթվի դիսոցացիայի հաստատունը (\(K_a\))՝ H⁺-ի կոնցենտրացիան որոշելու համար: CH₃COOH-ի համար դիսոցացիայի հավասարումը հետևյալն է.

\[ \text{CH₃ COOH} \rightleftharpoons \text{H⁺} + \text{CH₃ COO⁻} \]

Բուֆերային լուծույթի կանոնից մենք ենթադրում ենք, որ \(x\)-ը առաջացած H⁺ իոնների կոնցենտրացիան է։

\[ K_a = \frac{ [H⁺][CH₃ COO⁻] }{ [CH₃ COOH] } \]
\[ 1,8 անգամ 10^{-5} = \frac{ (x)(x) }{ 0,1 – x } \]

Քանի որ \(x\)-ը շատ փոքր է 0,1 M-ի համեմատ, մենք կարող ենք անտեսել x-ը հայտարարում։

\[ 1,8 անգամ 10^{-5} \մոտավորապես \frac{ x^2 }{ 0,1 } \]
\[ x^2 \մոտավորապես 1,8 \x 10^{-6} \]
\[ x \մոտավորապես \sqrt{ 1,8 \times 10^{-6} } \]
x մոտավորապես 1,34 անգամ 10^{-3}

Այսպիսով, H⁺-ի կոնցենտրացիան հավասար է \(1,34 \x10^{-3} \):

\[ \text{pH} = – \log [H⁺] \]
pH = – log (1,34 x 10^{-3})
pH մոտավորապես 2,87

Այսպիսով, 0,1 Մ CH₃COOH լուծույթի pH-ը մոտ 2,87 է։

Օրինակ հարց 3. Ուժեղ հիմքի pH-ի հաշվարկը

Հարց՝ Որոշեք 0,01 Մ NaOH լուծույթի pH-ը։

Քննարկում. NaOH-ը ուժեղ հիմք է, որը լիովին դիսոցվում է Na⁺ և OH⁻ իոնների: Քանի որ NaOH-ի և OH⁻-ի միջև մոլային հարաբերակցությունը 1:1 է, OH⁻-ի կոնցենտրացիան 0,01 Մ է:

\[ \text{pOH} = – \log [OH⁻] \]
\[ \text{pOH} = – \log (0,01) \]
pOH = 2

Օգտագործելով \( pH} + pOH} = 14\ հարաբերությունը):

pH = 14 – pOH
pH = 14 – 2
pH = 12

Այսպիսով, 0,01 Մ NaOH լուծույթի pH-ը 12 է։

Օրինակ՝ հարց 4. Թույլ հիմքի pH-ի հաշվարկ

Հարց՝ Որոշեք 0,1 Մ NH₃ լուծույթի pH-ը, եթե NH₃-ի K₃-ն հավասար է 1,8 անգամ 10^{-5}-ի։

Քննարկում. Թույլ հիմքերը լիովին չեն դիսոցվում, ուստի մենք օգտագործում ենք հիմքերի դիսոցացիայի հաստատունը (\(K_b\))՝ OH⁻-ի կոնցենտրացիան որոշելու համար: NH₃-ի համար դիսոցացիայի հավասարումը հետևյալն է.

\[ \text{NH₃ + H₂O} \rightleftharpoons \text{NH₄⁺ + OH⁻} \]

Օգտագործելով թույլ թթուների համար նույն մեթոդը, ենթադրում ենք, որ \(y\)-ն առաջացած OH⁻ իոնների կոնցենտրացիան է։

\[ K_b = \frac{ [NH₄⁺][OH⁻] }{ [NH₃] } \]
\[ 1,8 \անգամ 10^{-5} = \frac{ (y) (y) }{ 0,1 – y } \]

Ենթադրելով, որ y-ը փոքր է, հավասարումը կստանա հետևյալ տեսքը՝

\[ 1,8 անգամ 10^{-5} \մոտավորապես \frac{ y^2 }{ 0,1 } \]
\[ y^2 \մոտավորապես 1,8 \times 10^{-6} \]
\[ y \մոտավորապես \sqrt{ 1,8 \times 10^{-6} } \]
\[ y = մոտավորապես 1,34 անգամ 10^{-3} \]

OH⁻-ի կոնցենտրացիան \( 1,34 \x 10^{-3} \) է։

\[ \text{pOH} = – \log [OH⁻] \]
pOH = – log (1,34 անգամ 10^{-3})
pOH մոտավորապես 2,87

Օգտագործելով \( pH} + pOH} = 14\ հարաբերությունը):

pH = 14 – 2,87
pH մոտավորապես 11,13

Այսպիսով, 0,1 Մ NH3 լուծույթի pH-ը մոտ 11,13 է:

Եզրակացություն

Լուծույթի pH-ի որոշումը և թթուների ու հիմքերի ուժգնության հասկացումը քիմիայի կարևորագույն հիմնարար սկզբունքներն են: Ուժեղ թթուներն ու հիմքերը լուծույթում դիսոցվում են ամբողջությամբ, մինչդեռ թույլ թթուներն ու հիմքերը՝ միայն մասամբ: K(a) և K(b) մեթոդների օգտագործումը հեշտացնում է թույլ թթուների և հիմքերի pH-ի հաշվարկը: Այս հմտությունները կարևոր են տարբեր ոլորտներում կիրառությունների համար, ներառյալ արդյունաբերական, դեղագործական և բնապահպանական քիմիան: Հասկանալով հասկացությունները և ուսումնասիրելով օրինակները՝ մենք կարող ենք ավելի հեշտությամբ լուծել pH-ի և թթվահիմնային ուժի հետ կապված խնդիրները առօրյա կյանքում: