Օրինակելի հարցեր, որոնք քննարկում են ուժեղ թթուների և ուժեղ հիմքերի pH-ը
pH-ը կամ ջրածնի պոտենցիալը լուծույթի թթվայնության կամ ալկալիականության չափանիշ է: pH սանդղակը տատանվում է 0-ից մինչև 14, որտեղ 7-ից ցածր թվերը ցույց են տալիս թթվային լուծույթ, 7-ից բարձր թվերը՝ հիմնային լուծույթ, իսկ 7-ը՝ չեզոք լուծույթ: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք ուժեղ թթուների և ուժեղ հիմքերի pH-ի վերաբերյալ մի քանի օրինակելի խնդիրներ՝ դրանց լուծույթների հետ միասին:
Պենդահուլուան
pH-ի հիմնական հասկացությունները
pH-ը չափման միավոր է, որն օգտագործվում է լուծույթի թթվայնությունը կամ ալկալիությունը որոշելու համար՝ հիմնվելով ջրածնի իոնների (H+) կոնցենտրացիայի վրա: pH-ի հաշվարկման հիմնական բանաձևն է.
pH = -log{[H^+]}
որտեղ [H+]-ն ջրածնի իոնների կոնցենտրացիան է մոլ/լ-ով։
Մյուս կողմից, հիմնային լուծույթների (ուժեղ հիմքերի) համար մենք կարող ենք նախ հաշվարկել pOH-ը, ապա այն վերածել pH-ի՝ օգտագործելով հետևյալ բանաձևը.
\[ \text{pOH} = -\log{[OH^-]} \]
pH = 14 – pOH
Ուժեղ թթու ընդդեմ թույլ թթվի
Ուժեղ թթուն այն թթուն է, որը ջրային լուծույթում լիովին իոնացվում է։ Սա նշանակում է, որ լուծույթում H+ իոնների կոնցենտրացիան հավասար է հենց թթվի կոնցենտրացիային։ Ուժեղ թթուների օրինակներ են HCl-ը (աղաթթու), HNO3-ը (ազոտական թթու) և H2SO4-ը (ծծմբական թթու)։
Ի տարբերություն դրա, թույլ թթուները լուծույթում լիովին չեն իոնացվում, ուստի դրանց pH հաշվարկները ավելի բարդ են և պահանջում են թթվայնության հաստատունի (Ka) հասկացությունը։
Ուժեղ հիմք ընդդեմ թույլ հիմքի
Ինչպես ուժեղ թթուները, ուժեղ հիմքերը նույնպես լիովին իոնացվում են ջրային լուծույթում: Ուժեղ հիմքերի օրինակներ են NaOH-ը (նատրիումի հիդրօքսիդ) և KOH-ը (կալիումի հիդրօքսիդ):
Թույլ հիմքերը միայն մասամբ են իոնացված և pH-ը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է հիմնայնության հաստատունի (Kb) հասկացությունը։
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Օրինակ՝ հարց 1. Ուժեղ թթու
> Հաշվարկեք 0.01 Մ HCl լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
Քանի որ HCl-ը ուժեղ թթու է, այն լուծույթում լիովին կիոնացվի։
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Լուծույթում H+ իոնների կոնցենտրացիան նույնը կլինի, ինչ տրամադրված HCl-ի կոնցենտրացիան, այսինքն՝ 0.01 Մ։
\[ [H^+] = 0.01 \, \text{M} \]
Օգտագործելով pH բանաձևը՝
pH = -log{[H^+] = -log{0.01 = -log{10^{-2}} = 2]
Այսպիսով, 0.01 Մ HCl լուծույթի pH-ը 2 է։
Օրինակ հարց 2. Ուժեղ հիմքեր
> Հաշվարկեք 0.001 Մ NaOH լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
NaOH-ը ուժեղ հիմք է և լուծույթում լիովին իոնացվում է։
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Լուծույթում OH- իոնների կոնցենտրացիան նույնն է, ինչ NaOH-ի կոնցենտրացիան, այսինքն՝ 0.001 Մ։
\[ [OH^-] = 0.001 \, \text{M} = 10^{-3} \, \text{M} \]
Նախ հաշվարկեք pOH-ը։
\[ \text{pOH} = -\log[OH^-] = -\log{10^{-3}} = 3 \]
Փոխարկեք pOH-ը pH-ի՝
pH = 14 – pOH = 14 – 3 = 11
Այսպիսով, 0.001 Մ NaOH լուծույթի pH-ը 11 է։
Օրինակ՝ հարց 3. Ծծմբական թթու (H2SO4)
> Հաշվարկեք 0.01 Մ H2SO4 լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
H2SO4-ը ուժեղ թթու է՝ իոնացման երկու փուլով։ Առաջին փուլը՝
\[ \text{H2SO4} \rightarrow \text{H}^+ + \text{HSO4}^- \]
Առաջին փուլի իոնացման արդյունքը համարժեք է H2SO4-ի 0.01 Մ կոնցենտրացիային՝ յուրաքանչյուր H+ և HSO4^-ի համար։ Սակայն, առաջին փուլը մեկ H2SO4 մոլեկուլից առաջացնում է երկու H+ իոն։
Այսպիսով, ընդհանուր [H+]-ը կլինի սկզբնական կոնցենտրացիայի կրկնակին։
\[ [H^+] = 2 անգամ 0.01 = 0.02 \]
Օգտագործելով pH բանաձևը՝
pH = -log{[H^+] = -log{0.02} = -log{2 x 10^{-2}} = -(log{2} + log{10^{-2}})
Ձեր տեղեկության համար,
\[ \log{2} \մոտավորապես 0.301 \]
Այսպիսով՝
pH = -(0.301 + (-2)) = 1.699
Այսպիսով, 0.01 Մ H2SO4 լուծույթի pH-ը մոտ 1.699 է։
Օրինակ՝ հարց 4. Ուժեղ հիմք (Ca(OH)2)
> Հաշվարկեք 0.005 Մ Ca(OH)2 լուծույթի pH-ը։
Քննարկում.
Ca(OH)2-ը ուժեղ հիմք է, և յուրաքանչյուր մոլեկուլ տալիս է երկու OH- իոն։
\[ \text{Ca(OH)2} \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{OH}^- \]
OH-ի կոնցենտրացիան կլինի Ca(OH)2-ի կոնցենտրացիայից երկու անգամ ավելի, քանի որ Ca(OH)2-ի յուրաքանչյուր մոլեկուլ առաջացնում է երկու OH-։ Այսպիսով,
\[ [OH^-] = 2 անգամ 0.005 = 0.01 \, \text{M} \]
Նախ հաշվարկեք pOH-ը։
\[ \text{pOH} = -\log{[OH^-]} = -\log{0.01} = -\log{10^{-2}} = 2 \]
Փոխարկեք pOH-ը pH-ի՝
pH = 14 – pOH = 14 – 2 = 12
Այսպիսով, 0.005 Մ Ca(OH)2 լուծույթի pH-ը 12 է։
Եզրակացություն
Այս հոդվածում մենք քննարկել ենք, թե ինչպես հաշվարկել pH-ը ուժեղ թթվի և ուժեղ հիմքի լուծույթների մի քանի օրինակների համար: Հիշե՛ք, որ ուժեղ թթուների կամ հիմքերի համար մենք ենթադրում ենք, որ դրանք լուծույթում լիովին իոնացված են: Հետևաբար, ուժեղ թթվի համար H+ իոնների և ուժեղ հիմքի համար OH- իոնների կոնցենտրացիան հավասար կլինի թթվի կամ հիմքի սկզբնական կոնցենտրացիային՝ անհրաժեշտության դեպքում ստեխիոմետրիկ գործոնները հաշվի առնելուց հետո: Սա պարզեցնում է pH-ի հաշվարկները՝ օգտագործելով pH-ի և pOH-ի հիմնական բանաձևերը:
Այս հասկացության ըմբռնումը կարևոր է, հատկապես քիմիական կիրառություններում, լինի դա քիմիական լաբորատորիայում, արդյունաբերության մեջ, թե առօրյա կյանքում: Պրակտիկայի և ամուր գիտելիքների շնորհիվ ուժեղ թթուների և հիմքերի pH-ի հաշվարկը կդառնա պարզ խնդիր:
