अरहेनियस आम्ल आणि आम्लारींवरील उदाहरणात्मक प्रश्न आणि चर्चा
आम्ल आणि आम्लारी या रसायनशास्त्रातील मूलभूत संकल्पना आहेत. आम्ल आणि आम्लारी यांच्या वर्तणुकीचे स्पष्टीकरण देणाऱ्या सर्वात सुप्रसिद्ध सिद्धांतांपैकी एक म्हणजे अरहेनियस सिद्धांत. अरहेनियसच्या मते, आम्ल हे असे संयुग आहे जे पाण्यात विरघळल्यावर H⁺ (किंवा H₃O⁺) आयन तयार करते, तर आम्लारी हे असे संयुग आहे जे पाण्यात विरघळल्यावर OH⁻ आयन तयार करते. या लेखात, आपण अरहेनियस सिद्धांतानुसार आम्ल आणि आम्लारी संबंधित अनेक उदाहरणे आणि त्यांची उत्तरे यावर चर्चा करणार आहोत.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
0,1 M हायड्रोक्लोरिक आम्लाचे (HCl) द्रावण पाण्यात विरघळवले आहे. द्रावणातील H⁺ आयनांची सांद्रता काढा.
चर्चा:
अरहेनियस सिद्धांतानुसार, HCl हे एक आम्ल आहे कारण ते पाण्यात विरघळल्यावर H⁺ आयन तयार करते. पाण्यातील HCl चे आयनीकरण समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
\[ \text{HCl} \to \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl ची सुरुवातीची सांद्रता 0,1 M आहे. HCl हे एक तीव्र आम्ल असून ते जलीय द्रावणात पूर्णपणे आयनीभवन पावते, त्यामुळे HCl चा प्रत्येक रेणू एक H⁺ आयन आणि एक Cl⁻ आयन तयार करतो. म्हणून, द्रावणातील H⁺ आयनांची सांद्रता देखील HCl च्या सांद्रतेइतकीच असते, म्हणजेच:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{ M} \]
म्हणून, 0,1 M HCl द्रावणामध्ये H⁺ आयनांची सांद्रता 0,1 M आहे.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
0,01 M नायट्रिक आम्ल (HNO₃) द्रावणाचा pH काढा.
चर्चा:
HNO₃ हे एक तीव्र आम्ल आहे जे पाण्यात पूर्णपणे आयनीभवन पावते, म्हणून HNO₃ चे आयनीभवन समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
HNO₃ ची दिलेली सांद्रता 0,01 M आहे. HNO₃ हे एक तीव्र आम्ल असल्यामुळे, HNO₃ चा प्रत्येक रेणू एक H⁺ आयन तयार करेल. म्हणून, द्रावणातील H⁺ आयनांची सांद्रता ही HNO₃ च्या सांद्रतेइतकी असते, म्हणजेच:
\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{ M} \]
खालील सूत्र वापरून pH ची गणना करता येते:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
सूत्रामध्ये H⁺ आयनांची सांद्रता टाकल्यास आपल्याला मिळते:
\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]
म्हणून, 0,01 M HNO₃ द्रावणाचा pH 2 आहे.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
0,05 M NaOH द्रावणामधील OH⁻ आयनांची सांद्रता निश्चित करा.
चर्चा:
NaOH हा एक प्रखर आम्लारी आहे जो पाण्यात पूर्णपणे आयनीभवन पावतो, म्हणून NaOH चे आयनीभवन समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
दिलेली NaOH ची सांद्रता 0,05 M आहे. NaOH एक तीव्र आम्लारी असल्यामुळे, NaOH चा प्रत्येक रेणू एक OH⁻ आयन तयार करेल. म्हणून, द्रावणातील OH⁻ आयनांची सांद्रता ही NaOH च्या सांद्रतेइतकी असते, म्हणजेच:
\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{ M} \]
म्हणून, 0,05 M NaOH द्रावणामध्ये OH⁻ आयनांची सांद्रता 0,05 M आहे.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
0,01 M KOH द्रावणाच्या pH ची गणना करा.
चर्चा:
KOH हा एक प्रखर आम्लारी आहे जो पाण्यात पूर्णपणे आयनीभवन पावतो. पाण्यातील KOH च्या आयनीभवनाचे समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
दिलेली KOH ची सांद्रता 0,01 M आहे. KOH हा एक तीव्र आम्लारी असल्यामुळे, KOH चा प्रत्येक रेणू एक OH⁻ आयन तयार करतो. म्हणून, द्रावणातील OH⁻ आयनांची सांद्रता ही KOH च्या सांद्रतेइतकी असते, म्हणजेच:
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{ M} \]
pH हे द्रावणातील H⁺ आयनांच्या सांद्रतेचे माप आहे. आपण पाण्याच्या आयन गुणाकाराने (Kw) दिलेला pH, H⁺ आयन आणि OH⁻ आयन यांच्यातील संबंध वापरू शकतो:
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
[OH⁻] चे मूल्य माहित असल्यास, आपण [H⁺] ची गणना करू शकतो:
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{ M} \]
खालील सूत्र वापरून pH ची गणना करता येते:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
सूत्रामध्ये H⁺ आयनांची सांद्रता टाकल्यास आपल्याला मिळते:
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
म्हणून, 0,01 M KOH द्रावणाचा pH 12 आहे.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
एका द्रावणाचा pH = 3 आहे. द्रावणातील H⁺ आयनांची सांद्रता काढा.
चर्चा:
pH हे द्रावणातील H⁺ आयनांच्या संहतीचे माप असून ते खालील सूत्राने व्यक्त केले जाते:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
H⁺ आयनांची सांद्रता मोजण्यासाठी, आपण सूत्र खालीलप्रमाणे बदलतो:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
दिलेली pH मूल्ये टाकल्यावर आपल्याला मिळते:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{ M} \]
म्हणून, pH = 3 असलेल्या द्रावणात H⁺ आयनांची सांद्रता 0,001 M आहे.
उदाहरण प्रश्न १
प्रश्न:
NH₄OH द्रावणाची सांद्रता 0,1 M आहे. जर NH₄OH साठी Kb मूल्य 1,8 x 10⁻⁵ असेल तर द्रावणाचा pH काढा.
चर्चा:
NH₄OH हा एक दुर्बल आम्लारी आहे जो पाण्यात पूर्णपणे आयनीभवन पावत नाही. पाण्यातील NH₄OH चे आयनीभवन समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
NH₄OH च्या आयनीकरणाच्या समतोल स्थिरांकाला Kb म्हणतात आणि तो खालीलप्रमाणे दिला जातो:
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
NH₄OH हा एक दुर्बल आम्लारी असल्यामुळे, आपण OH⁻ आयनांची सांद्रता मोजण्यासाठी Kb चा वापर करतो. \(x\) ही आयनीकृत NH₄OH ची सांद्रता आहे असे गृहीत धरल्यास, आयनीकरणाचे समीकरण असे होते:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
Kb चे मूल्य खूप लहान असल्यामुळे, आपण \(0,1 – x \approx 0,1\) असे गृहीत धरतो:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \approx 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
म्हणून, OH⁻ आयनांची सांद्रता \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\) आहे.
या सांद्रतेवरून, आपण Kw वापरून H⁺ आयनांची सांद्रता मोजू शकतो:
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{ M} \]
पीएच:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \text{पीएच} ≈ 11,13 \]
म्हणून, 0,1 M NH₄OH द्रावणाचा pH सुमारे 11,13 असतो.
निष्कर्ष
द्रावणामध्ये आम्ल आणि आम्लारी कसे वागतात हे समजून घेण्यासाठी अरहेनियस सिद्धांत एक मौल्यवान पाया प्रदान करतो. या चर्चेत, आपण अनेक उदाहरणे पाहिली आहेत जी स्पष्ट करतात की या संकल्पनांचा वापर करून विविध द्रावणांमधील H⁺ आणि OH⁻ आयनांची सांद्रता आणि pH ची गणना कशी करता येते. माध्यमिक किंवा उच्च शिक्षण स्तरावर रसायनशास्त्रात करिअर करू इच्छिणाऱ्या प्रत्येकासाठी हा सिद्धांत समजून घेणे अत्यावश्यक आहे.
