Хүчил ба суурийн шинж чанар ба ойлголтыг хэлэлцэх жишээ асуултууд
Хүчил ба суурийн шинж чанар, ойлголтууд нь химийн чухал сэдэв бөгөөд аж үйлдвэр, эмийн сан, биохими зэрэг янз бүрийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Хүчил-суурь шинж чанарын үндсэн ойлголт, хэрэглээг ойлгох нь оюутан, судлаачдын хувьд чухал юм. Энэ нийтлэлд уншигчдад илүү тодорхой дүр зургийг өгөхийн тулд хүчил ба суурийн шинж чанар, ойлголтын талаарх хэд хэдэн жишээ бодлогыг тэдгээрийн шийдлүүдтэй хамт авч үзэх болно.
Хүчил ба суурийн үндсэн ойлголтууд
Асуултууд болон тэдгээрийн хэлэлцүүлгийг хянаж үзэхээсээ өмнө хүчил ба суурийн талаарх зарим үндсэн ойлголтуудыг авч үзье.
Исгэлэн:
– Хүчил нь уусмалд устөрөгчийн ион (H⁺) хандивлах чадвартай нэгдлүүд юм.
– Хүчил нь хүчиллэг шинж чанартай, жишээлбэл, исгэлэн амттай (цуу шиг) болон металлуудтай урвалд орох чадвартай.
Басс:
– Суурь гэдэг нь уусмалд устөрөгчийн ионыг хүлээн авах эсвэл гидроксидын ион (OH⁻) дамжуулах чадвартай нэгдэл юм.
– Суурь нь гашуун амт, гулгамтгай бүтэцтэй (саван шиг) гэх мэт үндсэн шинж чанартай байдаг.
Хүчил-суурь онол:
– Аррениусын онол: Хүчил нь усан уусмалд H⁺, суурь нь OH⁻ үүсгэдэг.
– Брёнстед-Лоуригийн онол: Хүчил нь H⁺ донор, суурь нь H⁺ хүлээн авагч юм.
– Льюисийн онол: Хүчил нь электрон хосын хүлээн авагч, суурь нь электрон хосын донор юм.
Жишээ асуултууд болон хэлэлцүүлэг
Жишээ асуулт 1: Хүчтэй хүчлийн уусмалын рН-ийг тооцоолох
Асуулт:
0,01 М HCl уусмалын рН-ийг тооцоол.
Хэлэлцүүлэг:
HCl нь уусмалд бүрэн задарч H⁺ ба Cl⁻ үүсгэдэг хүчтэй хүчил юм. H⁺-ийн концентраци нь HCl-ийн анхны концентрацитай ижил байна.
\[ [H⁺] = 0,01 \, M \]
рН-ийг устөрөгчийн ионы концентрацийн сөрөг суурь 10 логарифм гэж тодорхойлдог:
\[ \text{pH} = -\log[H⁺] \]
\[ \text{pH} = -\log(0,01) \]
\[ \text{pH} = 2 \]
Тиймээс 0,01 М HCl уусмалын рН нь 2 байна.
Жишээ асуулт 2: Хүчтэй суурийн уусмалын рН-ийг тооцоолох
Асуулт:
0,001 М NaOH уусмалын рН-ийг тооцоол.
Хэлэлцүүлэг:
NaOH нь уусмалд бүрэн диссоциацид орж Na⁺ ба OH⁻ үүсгэдэг хүчтэй суурь юм. OH⁻-ийн концентраци нь NaOH-ийн анхны концентрацитай ижил байна.
\[ [OH⁻] = 0,001 \, M \]
PoH нь гидроксидын ионы концентрацийн сөрөг суурь 10 логарифм гэж тодорхойлогддог:
\[ \text{pOH} = -\log[OH⁻] \]
\[ \text{pOH} = -\log(0,001) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
рН ба pOH нь дараах тэгшитгэлээр холбогддог:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} = 14 – 3 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
Тиймээс 0,001 М NaOH уусмалын рН нь 11 байна.
Жишээ 3: Сул хүчлийн рН-ийг тооцоолох
Асуулт:
Хүчлийн диссоциацийн тогтмол (Ka) нь 1,8 дахин 10^{-5} тэнцүү 0,1 М цууны хүчлийн (CH₃COOH) уусмалын рН-ийг тооцоолно уу.
Хэлэлцүүлэг:
Сул хүчил нь уусмалд бүрэн диссоциацид ордоггүй. рН-ийг тооцоолохын тулд бид эхлээд Ka утгыг ашиглан H⁺ ионуудын концентрацийг тодорхойлох ёстой.
\[ CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^- \]
Хэрэв \(x \) нь үүссэн H⁺-ийн концентраци бол:
\[ Ka = \frac{{[H^+][CH_3COO^-]}}{{[CH_3COOH]}} \]
\[ Ka = \frac{{x \cdot x}}{{0,1 – x}} \]
Энэ нь сул хүчил тул \(x \) нь маш бага тул \(0,1 – x \approx 0,1 \) гэж үзье.
\[ 1,8 \удаа 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \үргэлжлэл 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \ойролцоогоор 1,34 \удаа 10^{-3} \]
H⁺ ионуудын концентраци нь ойролцоогоор \( 1,34 \дахин 10^{-3} \) байна:
\[ \text{pH} = -\log[H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(1,34 \times 10^{-3}) \]
\[ \текст{рН} \ойролцоогоор 2,87 \]
Тиймээс 0,1 М CH3₃COOH уусмалын рН нь ойролцоогоор 2,87 байна.
Жишээ асуулт 4: Сул суурийн рН-ийг тооцоолох
Асуулт:
Суурийн диссоциацийн тогтмол (Kb) нь \( 1,8 \times 10^{-5} \) байх 0,05 М аммиак (NH₃) уусмалын рН-ийг тооцоолно уу.
Хэлэлцүүлэг:
Сул суурь нь уусмалд бүрэн диссоциацид ордоггүй. рН-ийг тооцоолохын тулд бид эхлээд Kb утгыг ашиглан OH⁻ ионуудын концентрацийг тодорхойлох ёстой.
\[ NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^- \]
Хэрэв \(x \) нь үүссэн OH⁻-ийн концентраци бол:
\[ Kb = \frac{{[NH_4^+][OH^-]}}{{[NH_3]}} \]
\[ Kb = \frac{{x \cdot x}}{{0,05 – x}} \]
\( x \) нь маш бага тул \( 0,05 – x \approx 0,05 \) гэж үзье:
\[ 1,8 \удаа 10^{-5} = \frac{x^2}{0,05} \]
\[ x^2 = 9,0 \үргэлжлэл 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{9,0 \times 10^{-7}} \]
\[ x \ойролцоогоор 9,49 \удаа 10^{-4} \]
OH⁻ ионуудын концентраци нь ойролцоогоор \( 9,49 \дахин 10^{-4} \) байна:
\[ \text{pOH} = -\log[OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log(9,49 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \approx 3,02 \]
рН ба pOH нь дараах тэгшитгэлээр холбогддог:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} = 14 – 3,02 \]
\[ \текст{рН} \ойролцоогоор 10,98 \]
Жишээ асуулт 5: Хүчил ба суурийг саармагжуулах
Асуулт:
50 мл 0,1 М HCl уусмалыг саармагжуулахын тулд ямар хэмжээний 0,1 М NaOH уусмал хэрэгтэй вэ?
Хэлэлцүүлэг:
Хүчил ба суурийн хоорондох саармагжуулах урвал нь ус ба давс үүсгэдэг:
\[ HCl + NaOH \баруун сум NaCl + H_2O \]
HCl-ийн молийн тоо:
\[ n_{HCl} = Моляр чанар \ дахин Эзлэхүүн \]
\[ n_{HCl} = 0,1 \, M \урт 0,05 \, L \]
\[ n_{HCl} = 0,005 \, моль \]
HCl-ийн нэг моль бүр нэг моль NaOH-тэй урвалд ордог тул шаардлагатай NaOH-ийн мольны тоо ижил буюу 0,005 моль байна.
Шаардлагатай NaOH хэмжээ:
\[ n_{NaOH} = Моляр чанар_{NaOH} \удаа Эзлэхүүн \]
\[ Эзлэхүүн_{NaOH} = \frac{n_{NaOH}}{Моляр чанар_{NaOH}} \]
\[ Эзлэхүүн_{NaOH} = \frac{0,005 \, моль}{0,1 \, М} \]
\[ Эзлэхүүн_{NaOH} = 0,05 \, L \]
\[ Эзлэхүүн_{NaOH} = 50 \, мл \]
Тиймээс 50 мл 0,1 М HCl уусмалыг саармагжуулахын тулд 50 мл 0,1 М NaOH уусмал хэрэгтэй.
Дээрх асуултуудыг хэлэлцсэнээр бид хүчил ба суурийн шинж чанар, ойлголтын талаарх бидний ойлголт илүү тодорхой болсон гэж найдаж байна. Эдгээр шинж чанар, ойлголтууд нь лабораторийн шинжилгээнээс эхлээд үйлдвэрлэл хүртэл өдөр тутмын химийн янз бүрийн хэрэглээнд маш их хамааралтай байдаг.
