Қышқылдар мен негіздердің беріктігін талқылайтын мысал сұрақтар
Қышқылдық және негіздік беріктік химиядағы маңызды ұғымдар болып табылады, олар қышқыл немесе негіз молекуласының протонды (H⁺) қаншалықты тиімді бере алатынын немесе протонды қабылдай алатынын көрсетеді. Бұл талқылауда біз қышқылдық және негіздік беріктіктерді, сондай-ақ олардың рН және рОХ есептеу жолдарын түсінуге көмектесетін бірнеше мысал есептерді қарастырамыз. Есептерді талқылауға кіріспес бұрын, алдымен қышқылдық және негіздік теорияның негіздерін түсінейік.
Қышқылдар мен негіздердің беріктігіне кіріспе
Қышқылдың немесе негіздің беріктігін оның ерітіндідегі иондану дәрежесімен анықтауға болады. Күшті қышқыл - ерітіндіде толығымен дерлік иондалған қышқыл, ал әлсіз қышқыл - тек ішінара иондалған қышқыл. Негіздер үшін де дәл солай.
Күшті қышқылдар және әлсіз қышқылдар
Күшті қышқылдар, мысалы:
– Тұз қышқылы (HCl)
– Күкірт қышқылы (H₂SO₄)
– Азот қышқылы (HNO₃)
Ол ерітіндіде толығымен дерлік иондалған. Мысалы, судағы HCl H⁺ және Cl⁻-қа толығымен дерлік ыдырайды.
Әлсіз қышқылдар, мысалы:
– Сірке қышқылы (CH₃COOH)
– Фторсутек қышқылы (HF)
– Лимон қышқылы (C₆H₈O₇)
ерітіндіде тек ішінара иондалады. Бұл кез келген уақытта қышқыл молекулаларының кейбірі молекулалық түрде қалады және иондарға ыдырамайды дегенді білдіреді.
Күшті негіздер және әлсіз негіздер
Мықты негіздер, мысалы:
– Натрий гидроксиді (NaOH)
– Калий гидроксиді (KOH)
– Кальций гидроксиді (Ca(OH)₂)
Ол сулы ерітіндіде толығымен дерлік иондалады, көп мөлшерде OH⁻ иондарын түзеді.
Әлсіз негіздер, мысалы:
– Аммиак (NH₃)
– Метиламин (CH₃NH₂)
ол ерітіндіде тек ішінара ионданады, салыстырмалы түрде аз мөлшерде OH⁻ иондарын түзеді.
Үлгі сұрақтар және талқылау
Бұл тұжырымдаманы жақсырақ түсіну үшін бірнеше мысал есептерді қарастырып көрейік.
1-мысал: Күшті қышқылдың рН мәнін есептеу
Сұрақ:
0,1 М HCl ерітіндісінің рН мәнін есептеңіз.
Талқылау:
HCl күшті қышқыл, сондықтан ол ерітіндіде толық иондалады:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl толығымен иондалғандықтан, [H⁺] концентрациясы HCl концентрациясына тең:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \, \text{M} \]
\[ \text{pH} = -\log[\text{H}^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(0,1) \]
\[ \text{pH} = 1 \]
Сонымен, 0,1 М HCl ерітіндісінің рН мәні 1-ге тең.
2-мысал: Әлсіз қышқылдың рН мәнін есептеу
Сұрақ:
0,1 М CH₃COOH ерітіндісінің рН мәнін есептеңіз. CH₃COOH ерітіндісінің Ka (қышқылдық диссоциация константасы) \(1,8 \көбейту 10^{-5}\) екені белгілі.
Талқылау:
Әлсіз қышқылдар үшін иондану дәрежесін ескеру қажет. Сірке қышқылының диссоциациялануының тепе-теңдік теңдеуі:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
Ka көмегімен:
\[ \text{Ka} = \frac{[\text{H}^+][\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
Диссоциацияны [H⁺] = [CH₃COO⁻] = x және бастапқы [CH₃COOH] 0,1 М деп есептейміз, онда:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1 – x} \]
Ka кіші болғандықтан, x-ті 0,1-мен салыстырғанда ескермеуге болады:
\[ 1,8 \times 10^{-5} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
\[x^2 = 1,8 \10^{-6} \]
\[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \шамамен 1,34 \уақыт 10^{-3} \]
Сонда, [H⁺] ≈ \(1,34 \times 10^{-3} \):
\[ \text{pH} = -\log[\text{H}^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(1,34 \times 10^{-3}) \]
\[ \text{pH} \шамамен 2,87 \]
Сонымен, 0,1 М CH3₃COOH ерітіндісінің рН мәні шамамен 2,87 құрайды.
3-мысал: Күшті негіздердің pOH және рН есептеу
Сұрақ:
0,01 М NaOH ерітіндісінің рН және рН мәндерін есептеңіз.
Талқылау:
NaOH - суда толық иондалған күшті негіз:
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
NaOH толығымен иондалғандықтан, [OH⁻] концентрациясы NaOH концентрациясына тең:
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \, \text{M} \]
\[ \text{pOH} = -\log[\text{OH}^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log(0,01) \]
\[ \text{pOH} = 2 \]
рН және pOH келесі теңдеу арқылы байланысты екені белгілі:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
Сонымен,
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} \]
\[ \text{pH} = 14 – 2 \]
\[ \text{pH} = 12 \]
Сонымен, 0,01 М NaOH ерітіндісінің рН мәні 2-ге, ал рН мәні 12-ге тең.
4-мысал: Әлсіз негіздің рН мәнін есептеу
Сұрақ:
0,1 М NH₃ ерітіндісінің рН мәнін есептеңіз. NH₃-тың Kb (негіздік диссоциация тұрақтысы) \(1,76 \көбейту 10^{-5}\) екені белгілі.
Талқылау:
Судағы NH₃ реакцияға түсіп, NH₄⁺ және OH⁻ түзеді:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Кб пайдалану арқылы,
\[ \text{Kb} = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
Диссоциацияны [OH⁻] = [NH₄⁺] = x деп есептеп, бастапқы [NH₃] 0,1 М-ге тең деп есептейміз, онда:
\[ 1,76 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1 – x} \]
Болжам ретінде, x 0,1-мен салыстырғанда елеусіз кіші:
\[ 1,76 \times 10^{-5} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
\[x^2 = 1,76 \10^{-6} \]
\[x = \sqrt{1,76 \times 10^{-6}} \]
\[ x \шамамен 1,33 \уақыт 10^{-3} \]
Сонда, [OH⁻] ≈ \(1,33 \times 10^{-3}\):
\[ \text{pOH} = -\log[\text{OH}^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log(1,33 \times 10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} \шамамен 2,88 \]
Содан кейін рН келесі формуламен есептеледі:
\[ \text{pH} = 14 – \text{pOH} \]
\[ \text{pH} = 14 – 2,88 \]
\[ \text{pH} \шамамен 11,12 \]
Сонымен, 0,1 М NH₃ ерітіндісінің рН мәні шамамен 11,12 құрайды.
Қорытынды
Қышқылдар мен негіздердің беріктігін түсіну химияның негізі болып табылады. рН және pOH есептеуді түсіну және әлсіз және күшті қышқылдар мен негіздерді анықтауды білу арқылы сіз шешімдерді қамтитын әртүрлі химиялық есептерді шешуге жақсы дайындаласыз. Берілген мысалдар бұл ұғымдарды нақтылайды және әрі қарай зерттеу үшін берік негіз болады деп үміттенеміз.
