Аррениус қышқылдары мен негіздері туралы мысал сұрақтар және талқылау
Қышқылдар мен негіздер химиядағы негізгі ұғымдар болып табылады. Қышқылдар мен негіздердің әрекетін түсіндіретін ең танымал теориялардың бірі - Аррениус теориясы. Аррениустың айтуынша, қышқыл - суда еріген кезде H⁺ (немесе H₃O⁺) иондарын түзетін қосылыс, ал негіз - суда еріген кезде OH⁻ иондарын түзетін қосылыс. Бұл мақалада біз Аррениус теориясына сәйкес қышқылдар мен негіздер туралы бірнеше мысал есептерді және олардың ерітінділерін талқылаймыз.
1-мысал сұрақ
Сұрақ:
0,1 М тұз қышқылы (HCl) ерітіндісі суда еріген. Ерітіндідегі H⁺ иондарының концентрациясын есептеңіз.
Талқылау:
Аррениус теориясына сәйкес, HCl қышқыл болып табылады, себебі ол суда еріген кезде H⁺ иондарын түзеді. Судағы HCl иондану теңдеуі келесідей:
\[ \text{HCl} \to \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl бастапқы концентрациясы 0,1 М құрайды. HCl сулы ерітіндіде толығымен иондалатын күшті қышқыл болғандықтан, әрбір HCl молекуласы бір H⁺ ионын және бір Cl⁻ ионын түзеді. Сондықтан ерітіндідегі H⁺ иондарының концентрациясы да HCl концентрациясына тең, атап айтқанда:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{ M} \]
Сонымен, 0,1 М HCl ерітіндісіндегі H⁺ иондарының концентрациясы 0,1 М құрайды.
2-мысал сұрақ
Сұрақ:
0,01 М азот қышқылы (HNO₃) ерітіндісінің рН мәнін есептеңіз.
Талқылау:
HNO₃ - суда толығымен иондалатын күшті қышқыл, сондықтан HNO₃ үшін иондану теңдеуі келесідей:
\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
HNO₃ концентрациясының берілген мәні 0,01 М. HNO₃ күшті қышқыл болғандықтан, HNO₃ әрбір молекуласы бір H⁺ ионын түзеді. Сондықтан ерітіндідегі H⁺ иондарының концентрациясы HNO₃ концентрациясына тең, атап айтқанда:
\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{ M} \]
рН мәнін келесі формула бойынша есептеуге болады:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
H⁺ иондарының концентрациясын формулаға қосу арқылы біз мынаны аламыз:
\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]
Сонымен, 0,01 М HNO₃ ерітіндісінің рН мәні 2-ге тең.
3-мысал сұрақ
Сұрақ:
0,05 М NaOH ерітіндісіндегі OH⁻ иондарының концентрациясын анықтаңыз.
Талқылау:
NaOH - суда толығымен иондалатын күшті негіз, сондықтан NaOH үшін иондану теңдеуі келесідей:
\[ \text{NaOH} \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Берілген NaOH концентрациясы 0,05 М құрайды. NaOH күшті негіз болғандықтан, әрбір NaOH молекуласы бір OH⁻ ионын түзеді. Сондықтан ерітіндідегі OH⁻ иондарының концентрациясы NaOH концентрациясына тең, атап айтқанда:
\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{ M} \]
Сонымен, 0,05 М NaOH ерітіндісіндегі OH⁻ иондарының концентрациясы 0,05 М құрайды.
4-мысал сұрақ
Сұрақ:
0,01 М KOH ерітіндісінің рН мәнін есептеңіз.
Талқылау:
KOH - суда толығымен иондалатын күшті негіз. Судағы KOH иондану теңдеуі келесідей:
\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
Берілген KOH концентрациясы 0,01 М. KOH күшті негіз болғандықтан, әрбір KOH молекуласы бір OH⁻ ионын түзеді. Сондықтан ерітіндідегі OH⁻ иондарының концентрациясы KOH концентрациясына тең, атап айтқанда:
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{ M} \]
рН - ерітіндідегі H⁺ иондарының концентрациясының өлшемі. Біз су иондарының көбейтіндісімен (Kw) берілген рН, H⁺ иондары және OH⁻ иондары арасындағы байланысты пайдалана аламыз:
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
[OH⁻] мәнін біле отырып, біз [H⁺] есептей аламыз:
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{ M} \]
рН мәнін келесі формула бойынша есептеуге болады:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
H⁺ иондарының концентрациясын формулаға қосу арқылы біз мынаны аламыз:
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
Сонымен, 0,01 М KOH ерітіндісінің рН мәні 12-ге тең.
5-мысал сұрақ
Сұрақ:
Ерітіндідегі рН = 3. Ерітіндідегі H⁺ иондарының концентрациясын есептеңіз.
Талқылау:
рН ерітіндідегі H⁺ иондарының концентрациясының өлшемі болып табылады және оны келесі формуламен өрнектеуге болады:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
H⁺ иондарының концентрациясын есептеу үшін формуланы келесіге өзгертеміз:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
Берілген рН мәндерін қосу арқылы біз мынаны аламыз:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{ M} \]
Сонымен, рН = 3 ерітіндісіндегі H⁺ иондарының концентрациясы 0,001 М құрайды.
6-мысал сұрақ
Сұрақ:
NH₄OH ерітіндісінің концентрациясы 0,1 М. Егер NH₄OH үшін Kb мәні 1,8 x 10⁻⁵ болса, ерітіндінің рН мәнін есептеңіз.
Талқылау:
NH₄OH - суда толық иондалмайтын әлсіз негіз. Судағы NH₄OH үшін иондану теңдеуі келесідей:
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
NH₄OH иондануының тепе-теңдік константасы Kb деп аталады және келесідей беріледі:
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
NH₄OH әлсіз негіз болғандықтан, OH⁻ иондарының концентрациясын есептеу үшін Kb қолданамыз. \(x\) иондалған NH₄OH концентрациясы деп есептесек, иондану теңдеуі келесідей болады:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
Кб мәні өте аз болғандықтан, біз \(0,1 – x \шамамен 0,1\) деп есептейміз:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[x^2 = 1,8 \10^{-6} \]
\[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \шамамен 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
Сонымен, OH⁻ иондарының концентрациясы \(1,34 \times 10^{-3} \text{M}\) құрайды.
Осы концентрациядан біз Kw көмегімен H⁺ иондарының концентрациясын есептей аламыз:
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{ M} \]
РН:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \text{pH} \шамамен 11,13 \]
Сонымен, 0,1 М NH₄OH ерітіндісінің рН мәні шамамен 11,13 құрайды.
Қорытынды
Аррениус теориясы қышқылдар мен негіздердің ерітіндіде қалай әрекет ететінін түсіну үшін құнды негіз болып табылады. Бұл талқылауда біз бұл ұғымдарды H⁺ және OH⁻ иондарының концентрациясын және әртүрлі ерітінділердің рН мәнін есептеу үшін қалай пайдалануға болатынын көрсететін бірнеше мысал есептерді қарастырдық. Бұл теорияны түсіну орта мектепте немесе жоғары білім деңгейінде химия саласында мансап құрғысы келетін кез келген адам үшін өте маңызды.
