ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಕ್ಷಾರಗಳ pH ಅನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುವ ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು
ನಾವು ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರತ್ಯಾಮ್ಲಗಳ ಬಗ್ಗೆ ಮಾತನಾಡುವಾಗ, ನಾವು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಬೇಕಾದ ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯೆಂದರೆ pH. pH ಎಂದರೆ ದ್ರಾವಣದ ಆಮ್ಲೀಯತೆ ಅಥವಾ ಕ್ಷಾರೀಯತೆಯ ಅಳತೆ. pH ಅನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಬಳಸುವ ಒಂದು ಸೂತ್ರವೆಂದರೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ [H^+] \]
ಈ ಸೂತ್ರದಲ್ಲಿ, \([H^+]\) ಎಂಬುದು ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿನ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯಾಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಮೋಲಾರಿಟಿಯಲ್ಲಿ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ (\(\text{mol/L}\)). pH ಜೊತೆಗೆ, ನಾವು \(\text{pOH}\) ಅನ್ನು ಸಹ ಹೊಂದಿದ್ದೇವೆ, ಇದನ್ನು ದ್ರಾವಣದ ಮೂಲಭೂತತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = -\ಲಾಗ್ [OH^-] \]
ನಂತರ, pH ಮತ್ತು pOH ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} + \ಪಠ್ಯ{pOH} = 14 \]
ಆಮ್ಲ ಮತ್ತು ಕ್ಷಾರ ದ್ರಾವಣಗಳ pH ಅನ್ನು ಹೇಗೆ ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕುವುದು ಎಂಬುದರ ಕುರಿತು ಹಲವಾರು ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಚರ್ಚೆಗಳನ್ನು ನಾವು ಕೆಳಗೆ ಚರ್ಚಿಸುತ್ತೇವೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 1: ಬಲವಾದ ಆಮ್ಲ ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,01 M ಸಾಂದ್ರತೆಯಿರುವ HCl (ಹೈಡ್ರೋಕ್ಲೋರಿಕ್ ಆಮ್ಲ) ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ :
HCl ಒಂದು ಬಲವಾದ ಆಮ್ಲವಾಗಿದ್ದು ಅದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಬೇರ್ಪಡುತ್ತದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{HCl} \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{H}^+ + \ಪಠ್ಯ{Cl}^- \]
HCl ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಬೇರ್ಪಟ್ಟಿರುವುದರಿಂದ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \([H^+]\) HCl ನ ಆರಂಭಿಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯಂತೆಯೇ ಇರುತ್ತದೆ, ಅದು 0,01 M ಆಗಿದೆ.
\[ [H^+] = 0,01 \, \ಪಠ್ಯ{M} \]
ಮುಂದೆ, ನಾವು pH ಸೂತ್ರವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ [H^+] \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ (0,01) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ (10^{-2}) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = 2 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,01 M HCl ದ್ರಾವಣದ pH 2 ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 2: ಸ್ಟ್ರಾಂಗ್ ಬೇಸ್ ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,001 M ಸಾಂದ್ರತೆಯ NaOH (ಸೋಡಿಯಂ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್) ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ :
NaOH ಒಂದು ಬಲವಾದ ಪ್ರತ್ಯಾಮ್ಲವಾಗಿದ್ದು ಅದು ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಬೇರ್ಪಡುತ್ತದೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{NaOH} \ಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{Na}^+ + \ಪಠ್ಯ{OH}^- \]
ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \([OH^-]\) NaOH ನ ಆರಂಭಿಕ ಸಾಂದ್ರತೆಯಂತೆಯೇ ಇರುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ 0,001 M.
\[ [OH^-] = 0,001 \, \ಪಠ್ಯ{M} \]
ಮುಂದೆ, ನಾವು pOH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = -\ಲಾಗ್ [OH^-] \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = -\ಲಾಗ್ (0,001) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = -\ಲಾಗ್ (10^{-3}) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = 3 \]
ಅದರ ನಂತರ, ನಾವು pH ಮತ್ತು pOH ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} + \ಪಠ್ಯ{pOH} = 14 \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} + 3 = 14 \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = 11 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,001 M NaOH ದ್ರಾವಣದ pH 11 ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 3: ದುರ್ಬಲ ಆಮ್ಲ ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,01 M ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು \(K_a = 1,8 \times 10^{-5}\) ವಿಘಟನಾ ಸ್ಥಿರಾಂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ CH3COOH (ಅಸಿಟಿಕ್ ಆಮ್ಲ) ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ :
ಒಮ್ಮೆ ನಾವು ಅಸಿಟಿಕ್ ಆಮ್ಲದಂತಹ ದುರ್ಬಲ ಆಮ್ಲವನ್ನು ಪಡೆದರೆ, ಅದು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಬೇರ್ಪಡುವುದಿಲ್ಲ, ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ H+ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು ನಾವು ಆಮ್ಲ ವಿಘಟನಾ ಸ್ಥಿರಾಂಕವನ್ನು (\(K_a\)) ಬಳಸಬೇಕು.
ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಅಸಿಟಿಕ್ ಆಮ್ಲದ ವಿಘಟನೆಯ ಸಮೀಕರಣ:
\[ \ಪಠ್ಯ{CH}_3\ಪಠ್ಯ{COOH} \ಎಡಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{H}^+ + \ಪಠ್ಯ{CH}_3\ಪಠ್ಯ{COO}^- \]
ವಿಘಟನಾ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\ಪಠ್ಯ{CH}_3\ಪಠ್ಯ{COO}^-]}{[\ಪಠ್ಯ{CH}_3\ಪಠ್ಯ{COOH}]} \]
ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅಯಾನುಗಳು ಮತ್ತು ಅಸಿಟೇಟ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \(x\) ಎಂದು ಊಹಿಸೋಣ, ಹಾಗಾದರೆ:
\[ K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
\(K_a\) ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ನಾವು \(0,01 – x \approx 0,01\) ಎಂದು ಊಹಿಸಬಹುದು:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \ಸುಮಾರು 1,34 \times 10^{-4} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \([H^+]\) \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\) ಆಗಿದೆ.
ಮುಂದೆ, ನಾವು pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ [H^+] \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} = -\ಲಾಗ್ (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} \ಸುಮಾರು 3,87 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,01 M ಅಸಿಟಿಕ್ ಆಮ್ಲ ದ್ರಾವಣದ pH ಸುಮಾರು 3,87 ಆಗಿದೆ.
ಉದಾಹರಣೆ ಪ್ರಶ್ನೆ 4: ದುರ್ಬಲ ಬೇಸ್ ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು
ಪ್ರಶ್ನೆ:
0,01 M ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಬೇಸ್ ವಿಘಟನಾ ಸ್ಥಿರಾಂಕ \(K_b = 1,8 \times 10^{-5}\) ಹೊಂದಿರುವ NH3 (ಅಮೋನಿಯಾ) ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
ಚರ್ಚೆ :
NH3 ಒಂದು ದುರ್ಬಲ ಬೇಸ್ ಆಗಿದ್ದು ಅದು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಬೇರ್ಪಡುವುದಿಲ್ಲ. ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ OH^- ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯಲು ನಾವು ಬೇಸ್ ಬೇಸ್ ಬೇಸ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕವನ್ನು (\(K_b\)) ಬಳಸಬೇಕು.
ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಅಮೋನಿಯದ ವಿಘಟನೆಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{NH}_3 + \ಪಠ್ಯ{H}_2\ಪಠ್ಯ{O} \ಎಡಬಲ ಬಾಣ \ಪಠ್ಯ{NH}_4^+ + \ಪಠ್ಯ{OH}^- \]
ಬೇಸ್ ಡಿಸೋಸಿಯೇಶನ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕ (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\ಪಠ್ಯ{NH}_4^+][\ಪಠ್ಯ{OH}^-]}{[\ಪಠ್ಯ{NH}_3]} \]
ಅಮೋನಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳು ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \(x\) ಎಂದು ಊಹಿಸೋಣ, ಹಾಗಾದರೆ:
\[ K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
\(K_b\) ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ನಾವು \(0,01 – x \approx 0,01\) ಎಂದು ಊಹಿಸಬಹುದು:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \ಸುಮಾರು 1,34 \times 10^{-4} \]
ಆದ್ದರಿಂದ, ಹೈಡ್ರಾಕ್ಸೈಡ್ ಅಯಾನುಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯು \([OH^-]\) \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\) ಆಗಿದೆ.
ಮುಂದೆ, ನಾವು pOH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = -\ಲಾಗ್ [OH^-] \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pOH} \ಸುಮಾರು 3,87 \]
ಅದರ ನಂತರ, ನಾವು pH ಮತ್ತು pOH ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ:
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} + \ಪಠ್ಯ{pOH} = 14 \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} + 3,87 = 14 \]
\[ \ಪಠ್ಯ{pH} \ಸುಮಾರು 10,13 \]
ಆದ್ದರಿಂದ, 0,01 M ಅಮೋನಿಯಾ ದ್ರಾವಣದ pH ಸುಮಾರು 10,13 ಆಗಿದೆ.
ತೀರ್ಮಾನ
pH ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ, ಬಲವಾದ ಮತ್ತು ದುರ್ಬಲ ಆಮ್ಲಗಳು ಮತ್ತು ಬೇಸ್ಗಳ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ, ಜೊತೆಗೆ ಪ್ರತಿಯೊಂದೂ ದ್ರಾವಣದಲ್ಲಿ ಹೇಗೆ ಬೇರ್ಪಡುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ದ್ರಾವಣದ pH ಅನ್ನು ನಾವು ಹೇಗೆ ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕುತ್ತೇವೆ ಎಂಬುದರ ಮೇಲೆ ಇದು ನೇರವಾಗಿ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ. pH ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡುವುದು ಲಾಗರಿಥಮ್ಗಳು ಮತ್ತು ಮೂಲ ರಾಸಾಯನಿಕ ತತ್ವಗಳ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತು ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರದ ವಿವಿಧ ದೈನಂದಿನ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ನಮಗೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
