Օրինակելի հարցեր, որոնք քննարկում են թթուների և հիմքերի pH-ը
Երբ խոսում ենք թթուների և հիմքերի մասին, կարևոր հասկացություններից մեկը, որը պետք է հասկանանք, pH-ն է: pH-ը լուծույթի թթվայնության կամ ալկալիության չափանիշ է: pH-ը որոշելու համար օգտագործվող բանաձևերից մեկն է.
pH = -log [H^+]
Այս բանաձևում \([H^+]\)-ն լուծույթում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան է, որը չափվում է մոլարությամբ (\(\text{մոլ/Լ}\)): pH-ից բացի, մենք ունենք նաև \(\text{pOH}\), որն օգտագործվում է լուծույթի հիմնայնությունը որոշելու համար։
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
Այնուհետև, pH-ի և pOH-ի միջև կապը կարգավորվում է հետևյալ հավասարմամբ.
pH + pOH = 14
Ստորև կքննարկենք թթվային և հիմքային լուծույթների pH-ի հաշվարկման վերաբերյալ մի քանի օրինակելի հարցեր, ինչպես նաև դրանց քննարկումը։
Օրինակ՝ հարց 1. Ուժեղ թթվային լուծույթի pH-ի հաշվարկ
Հարց՝
Հաշվարկեք 0,01 Մ կոնցենտրացիայով HCl (աղաթթվի) լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
HCl-ը ուժեղ թթու է, որը լիովին դիսոցվում է ջրում։
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Քանի որ HCl-ը լիովին դիսոցված է, լուծույթում ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան ([H^+]) նույնը կլինի, ինչ HCl-ի սկզբնական կոնցենտրացիան, որը կազմում է 0,01 Մ։
\[ [H^+] = 0,01 \, \text{M} \]
Հաջորդը, մենք օգտագործում ենք pH բանաձևը՝
pH = -log [H^+]
pH = -log (0,01)
pH = -log (10^{-2)
pH = 2
Այսպիսով, 0,01 Մ HCl լուծույթի pH-ը 2 է։
Օրինակ հարց 2. Ուժեղ հիմքի լուծույթի pH-ի հաշվարկը
Հարց՝
Հաշվարկեք NaOH (նատրիումի հիդրօքսիդ) լուծույթի pH-ը՝ 0,001 Մ կոնցենտրացիայով։
Քննարկում.
NaOH-ը ուժեղ հիմք է, որը լիովին դիսոցվում է ջրում։
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Լուծույթում հիդրօքսիդ իոնների կոնցենտրացիան ([OH^-]) նույնը կլինի, ինչ NaOH-ի սկզբնական կոնցենտրացիան, այսինքն՝ 0,001 Մ։
\[ [OH^-] = 0,001 \, \text{M} \]
Հաջորդը, մենք հաշվարկում ենք pOH-ը.
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
pOH = -log (0,001)
pOH = -log (10^{-3)
pOH = 3
Դրանից հետո մենք օգտագործում ենք pH-ի և pOH-ի միջև եղած կապը.
pH + pOH = 14
pH + 3 = 14
pH = 11
Այսպիսով, 0,001 Մ NaOH լուծույթի pH-ը 11 է։
Օրինակ՝ հարց 3. Թույլ թթվային լուծույթի pH-ի հաշվարկը
Հարց՝
Հաշվարկեք CH3COOH (քացախաթթվի) լուծույթի pH-ը՝ 0,01 Մ կոնցենտրացիայով և \(K_a = 1,8 \times 10^{-5}\) դիսոցիացիայի հաստատունով։
Քննարկում.
Երբ մենք ունենք թույլ թթու, օրինակ՝ քացախաթթու, որը լիովին չի դիսոցվում, մենք պետք է օգտագործենք թթվի դիսոցացիայի հաստատունը (\(K_a\))՝ լուծույթում H+ իոնների կոնցենտրացիան գտնելու համար։
Ջրում քացախաթթվի դիսոցիացիայի հավասարումը.
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \leftrightarrow \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
Դիսոցիացիայի հաստատուն (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\text{CH}_3\text{COOH}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
Ենթադրենք, որ ջրածնի իոնների և ացետատ իոնների կոնցենտրացիան \(x\) է, ապա՝
\[ K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Քանի որ \(K_a\)-ն շատ փոքր է, կարող ենք ենթադրել, որ \(0,01 – x \մոտավորապես 0,01\):
\[ 1,8 անգամ 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
x^2 = 1,8 անգամ 10^{-5} անգամ 0,01
x^2 = 1,8 անգամ 10^{-7}
x = 1,8 x 10^{-7}}
x մոտավորապես 1,34 անգամ 10^{-4}
Այսպիսով, ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան ([H^+]) կազմում է (1,34 անգամ 10^{-4}, M).
Հաջորդը, մենք հաշվարկում ենք pH-ը.
pH = -log [H^+]
pH = -log (1,34 անգամ 10^{-4})
pH մոտավորապես 3,87
Այսպիսով, 0,01 Մ քացախաթթվի լուծույթի pH-ը մոտ 3,87 է:
Օրինակ՝ հարց 4. Թույլ հիմքի լուծույթի pH-ի հաշվարկ
Հարց՝
Հաշվարկեք NH3 (ամոնիակ) լուծույթի pH-ը՝ 0,01 Մ կոնցենտրացիայով և հիմքի դիսոցիացիայի հաստատունով՝ K_b = 1,8 x 10^{-5}\):
Քննարկում.
NH3-ը թույլ հիմք է, որը լիովին չի դիսոցվում: Մենք պետք է օգտագործենք հիմքերի դիսոցացիայի հաստատունը (\(K_b\))՝ լուծույթում OH^- իոնների կոնցենտրացիան գտնելու համար:
Ամոնիակի դիսոցացիայի ռեակցիան ջրում.
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2 \text{O} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Հիմքի դիսոցիացիայի հաստատունը (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
Ենթադրենք, որ ամոնիումի իոնների և հիդրօքսիդի իոնների կոնցենտրացիան \(x\) է, ապա՝
\[ K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Քանի որ \(K_b\)-ն շատ փոքր է, կարող ենք ենթադրել, որ \(0,01 – x \մոտավորապես 0,01\):
\[ 1,8 անգամ 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
x^2 = 1,8 անգամ 10^{-5} անգամ 0,01
x^2 = 1,8 անգամ 10^{-7}
x = 1,8 x 10^{-7}}
x մոտավորապես 1,34 անգամ 10^{-4}
Այսպիսով, հիդրօքսիդ իոնների կոնցենտրացիան ([OH^-]) հավասար է (1,34 անգամ 10^{-4}, M):
Հաջորդը, մենք հաշվարկում ենք pOH-ը.
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
pOH = -log (1,34 անգամ 10^{-4})
pOH մոտավորապես 3,87
Դրանից հետո մենք օգտագործում ենք pH-ի և pOH-ի միջև եղած կապը.
pH + pOH = 14
pH + 3,87 = 14
pH մոտավորապես 10,13
Այսպիսով, 0,01 Մ ամոնիակային լուծույթի pH-ը մոտ 10,13 է:
Եզրակացություն
pH-ի ուսումնասիրության մեջ կարևոր է հասկանալ ուժեղ և թույլ թթուների և հիմքերի միջև եղած տարբերությունը, և թե ինչպես են դրանցից յուրաքանչյուրը դիսոցվում լուծույթում: Սա անմիջականորեն ազդում է այն բանի վրա, թե ինչպես ենք մենք հաշվարկում տվյալ լուծույթի pH-ը: pH-ի հաշվարկը ներառում է լոգարիթմների և քիմիական հիմնական սկզբունքների օգտագործումը: Այս հասկացությունների հասկացումը կարող է օգնել մեզ քիմիայի և կենսաբանության առօրյա բազմազան կիրառություններում:
