ಅರ್ಹೇನಿಯಸ್ ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಬೇಸ್ಗಳ ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು ಮತ್ತು ಚರ್ಚೆ
ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಬೇಸ್ಗಳು ಮೂಲಭೂತ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳಾಗಿವೆ. ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಬೇಸ್ಗಳ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಅತ್ಯಂತ ಪ್ರಸಿದ್ಧ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು ಅರ್ಹೇನಿಯಸ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವಾಗಿದೆ. ಅರ್ಹೇನಿಯಸ್ ಪ್ರಕಾರ, ಆಮ್ಲವು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಕರಗಿದಾಗ H⁺ (ಅಥವಾ H₃O⁺) ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಸಂಯುಕ್ತವಾಗಿದೆ, ಆದರೆ ಬೇಸ್ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಕರಗಿದಾಗ OH⁻ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಸಂಯುಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಈ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ, ಅರ್ಹೇನಿಯಸ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಬೇಸ್ಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಹಲವಾರು ಉದಾಹರಣೆ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ಪರಿಹಾರಗಳೊಂದಿಗೆ ನಾವು ಚರ್ಚಿಸುತ್ತೇವೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 1
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,1 M ಹೈಡ್ರೋಕ್ಲೋರಿಕ್ ಆಮ್ಲ (HCl) ದ್ರಾವಣವನ್ನು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಕರಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ:
ಅರ್ಹೇನಿಯಸ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ, HCl ಒಂದು ಆಮ್ಲ ಏಕೆಂದರೆ ಅದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಕರಗಿದಾಗ H⁺ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ನೀರಿನಲ್ಲಿ HCl ಗೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಸಮೀಕರಣವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{HCl} \ಗೆ \ಪಠ್ಯ{H}^+ + \ಪಠ್ಯ{Cl}^- \]
HCl ನ ಆರಂಭಿಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,1 M ಆಗಿದೆ. HCl ಜಲೀಯ ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅಯಾನೀಕರಿಸುವ ಬಲವಾದ ಆಮ್ಲವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಪ್ರತಿ HCl ಅಣುವು ಒಂದು H⁺ ಅಯಾನು ಮತ್ತು ಒಂದು Cl⁻ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು HCl ನ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ:
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = 0,1 \ಪಠ್ಯ{ M} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,1 M HCl ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,1 M ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 2
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,01 M ನೈಟ್ರಿಕ್ ಆಮ್ಲ (HNO₃) ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ:
HNO₃ ಒಂದು ಬಲವಾದ ಆಮ್ಲವಾಗಿದ್ದು ಅದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅಯಾನೀಕರಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ HNO₃ ಗೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಸಮೀಕರಣವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿರುತ್ತದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{HNO}_3 \ರಿಂದ \ಪಠ್ಯ{H}^+ + \ಪಠ್ಯ{NO}_3^- \]
HNO₃ ನ ಕೊಟ್ಟಿರುವ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,01 M ಆಗಿದೆ. HNO₃ ಬಲವಾದ ಆಮ್ಲವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, HNO₃ ನ ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಅಣುವು ಒಂದು H⁺ ಅಯಾನುವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು HNO₃ ನ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ:
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = 0,01 \ಪಠ್ಯ{ M} \]
pH ಅನ್ನು ಸೂತ್ರವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಬಹುದು:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] \]
H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸೂತ್ರಕ್ಕೆ ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಾವು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ (0,01) = -\ಲಾಗ್ (10^{-2}) = 2 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,01 M HNO₃ ದ್ರಾವಣದ pH 2 ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 3
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,05 M NaOH ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಿ.
ಚರ್ಚೆ:
NaOH ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅಯಾನೀಕರಿಸುವ ಬಲವಾದ ಬೇಸ್ ಆಗಿದ್ದು, ಆದ್ದರಿಂದ NaOH ಗೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಸಮೀಕರಣವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿರುತ್ತದೆ:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
ನೀಡಲಾದ NaOH ನ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,05 M ಆಗಿದೆ. NaOH ಬಲವಾದ ಬೇಸ್ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ಪ್ರತಿ NaOH ಅಣುವು ಒಂದು OH⁻ ಅಯಾನುವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು NaOH ನ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ:
\[ [\ಪಠ್ಯ{OH}^-] = 0,05 \ಪಠ್ಯ{ M} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,05 M NaOH ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,05 M ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 4
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,01 M KOH ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ:
KOH ಒಂದು ಬಲವಾದ ಬೇಸ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅಯಾನೀಕರಿಸುತ್ತದೆ. ನೀರಿನಲ್ಲಿ KOH ಗೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಸಮೀಕರಣವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{KOH} \ಗೆ \ಪಠ್ಯ{K}^+ + \ಪಠ್ಯ{OH}^- \]
ಕೊಟ್ಟಿರುವ KOH ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,01 M ಆಗಿದೆ. KOH ಬಲವಾದ ಬೇಸ್ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ಪ್ರತಿ KOH ಅಣುವು ಒಂದು OH⁻ ಅಯಾನುವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು KOH ನ ಸಾಂದ್ರತೆಗೆ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ:
\[ [\ಪಠ್ಯ{OH}^-] = 0,01 \ಪಠ್ಯ{ M} \]
pH ಎಂಬುದು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿನ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅಳತೆಯಾಗಿದೆ. ನೀರಿನ ಅಯಾನು ಉತ್ಪನ್ನ (Kw) ನಿಂದ ನೀಡಲಾದ pH, H⁺ ಅಯಾನುಗಳು ಮತ್ತು OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ನಾವು ಬಳಸಬಹುದು:
\[ \ಪಠ್ಯ{Kw} = [\ಪಠ್ಯ{H}^+][\ಪಠ್ಯ{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
[OH⁻] ನ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ತಿಳಿದುಕೊಂಡು, ನಾವು [H⁺] ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಬಹುದು:
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = \frac{\ಪಠ್ಯ{Kw}}{[\ಪಠ್ಯ{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \ಪಠ್ಯ{ M} \]
pH ಅನ್ನು ಸೂತ್ರವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಬಹುದು:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] \]
H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸೂತ್ರಕ್ಕೆ ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಾವು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,01 M KOH ದ್ರಾವಣದ pH 12 ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 5
ಪ್ರಶ್ನೆ:
ಒಂದು ದ್ರಾವಣದ pH = 3. ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ:
pH ಎಂಬುದು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿನ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅಳತೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಸೂತ್ರದಿಂದ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಬಹುದು:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] \]
H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು, ನಾವು ಸೂತ್ರವನ್ನು ಇದಕ್ಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತೇವೆ:
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = 10^{-\ಪಠ್ಯ{pH}} \]
ಕೊಟ್ಟಿರುವ pH ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ, ನಾವು ಪಡೆಯುತ್ತೇವೆ:
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \ಪಠ್ಯ{ M} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, pH = 3 ಇರುವ ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,001 M ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 6
ಪ್ರಶ್ನೆ:
NH₄OH ದ್ರಾವಣದ ಸಾಂದ್ರತೆಯು 0,1 M ಆಗಿದೆ. NH₄OH ನ Kb ಮೌಲ್ಯವು 1,8 x 10⁻⁵ ಆಗಿದ್ದರೆ ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ:
NH₄OH ಒಂದು ದುರ್ಬಲ ಬೇಸ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಅಯಾನೀಕರಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ನೀರಿನಲ್ಲಿ NH₄OH ಗೆ ಅಯಾನೀಕರಣ ಸಮೀಕರಣವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{NH}_4\ಪಠ್ಯ{OH} \ಎಡಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{NH}_4^+ + \ಪಠ್ಯ{OH}^- \]
NH₄OH ನ ಅಯಾನೀಕರಣದ ಸಮತೋಲನ ಸ್ಥಿರಾಂಕವನ್ನು Kb ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆ:
\[ K_b = \frac{[\ಪಠ್ಯ{NH}_4^+][\ಪಠ್ಯ{OH}^-]}{[\ಪಠ್ಯ{NH}_4\ಪಠ್ಯ{OH}} \]
NH₄OH ದುರ್ಬಲ ಬೇಸ್ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ನಾವು Kb ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ. \(x\) ಅಯಾನೀಕೃತ NH₄OH ನ ಸಾಂದ್ರತೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಿದರೆ, ಅಯಾನೀಕರಣ ಸಮೀಕರಣವು ಹೀಗಾಗುತ್ತದೆ:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \ಸುಮಾರು \frac{x^2}{0,1} \]
Kb ನ ಮೌಲ್ಯವು ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ನಾವು \(0,1 – x \approx 0,1\) ಎಂದು ಊಹಿಸುತ್ತೇವೆ:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \ಸುಮಾರು 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\) ಆಗಿದೆ.
ಈ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದ, ನಾವು Kw ಬಳಸಿ H⁺ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಬಹುದು:
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\ಪಠ್ಯ{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \ಪಠ್ಯ{ M} \]
pH:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} \ಸುಮಾರು 11,13 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,1 M NH₄OH ದ್ರಾವಣದ pH ಸುಮಾರು 11,13 ಆಗಿದೆ.
ತೀರ್ಮಾನ
ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಬೇಸ್ಗಳು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಹೇಗೆ ವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಅರ್ಹೇನಿಯಸ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ಅಮೂಲ್ಯವಾದ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಚರ್ಚೆಯಲ್ಲಿ, H⁺ ಮತ್ತು OH⁻ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ದ್ರಾವಣಗಳ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಈ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ಬಳಸಬಹುದು ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಹಲವಾರು ಉದಾಹರಣೆ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ನಾವು ನೋಡಿದ್ದೇವೆ. ಪ್ರೌಢಶಾಲೆ ಅಥವಾ ಉನ್ನತ ಶಿಕ್ಷಣ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ವೃತ್ತಿಜೀವನವನ್ನು ಅನುಸರಿಸುವ ಯಾರಿಗಾದರೂ ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಅತ್ಯಗತ್ಯ.
