ආරීනියස් අම්ල සහ භෂ්ම පිළිබඳ උදාහරණ ප්රශ්න සහ සාකච්ඡා
අම්ල සහ භෂ්ම රසායන විද්යාවේ මූලික සංකල්ප වේ. අම්ල සහ භෂ්මවල හැසිරීම පැහැදිලි කිරීම සඳහා වඩාත් ප්රසිද්ධ න්යායන්ගෙන් එකක් වන්නේ අර්හීනියස් න්යායයි. අර්හීනියස්ට අනුව, අම්ලයක් යනු ජලයේ දියවන විට H⁺ (හෝ H₃O⁺) අයන නිපදවන සංයෝගයක් වන අතර, භෂ්මයක් යනු ජලයේ දියවන විට OH⁻ අයන නිපදවන සංයෝගයකි. මෙම ලිපියෙන්, අර්හීනියස් න්යායට අනුව අම්ල සහ භෂ්ම සම්බන්ධයෙන් උදාහරණ ගැටළු කිහිපයක් සහ ඒවායේ විසඳුම් සමඟ සාකච්ඡා කරමු.
උදාහරණ ප්රශ්නය 1
ප්රශ්නය:
0,1 M හයිඩ්රොක්ලෝරික් අම්ල (HCl) ද්රාවණයක් ජලයේ දියකර ඇත. ද්රාවණයේ H⁺ අයන සාන්ද්රණය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
ආහීනියස් න්යායට අනුව, HCl අම්ලයක් වන්නේ එය ජලයේ දිය කළ විට H⁺ අයන නිපදවන බැවිනි. ජලයේ HCl සඳහා අයනීකරණ සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\[ \පෙළ{HCl} \සිට \පෙළ{H}^+ + \පෙළ{Cl}^- \]
HCl හි ආරම්භක සාන්ද්රණය 0,1 M වේ. HCl යනු ජලීය ද්රාවණයක සම්පූර්ණයෙන්ම අයනීකරණය වන ප්රබල අම්ලයක් බැවින්, සෑම HCl අණුවක්ම H⁺ අයනයක් සහ Cl⁻ අයනයක් නිපදවයි. එබැවින්, ද්රාවණයේ H⁺ අයන සාන්ද්රණය ද HCl සාන්ද්රණයට සමාන වේ, එනම්:
\[ [\පෙළ{H}^+] = 0,1 \පෙළ{ M} \]
එබැවින්, 0,1 M HCl ද්රාවණයක H⁺ අයන සාන්ද්රණය 0,1 M වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 2
ප්රශ්නය:
0,01 M නයිට්රික් අම්ල (HNO₃) ද්රාවණයක pH අගය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
HNO₃ යනු ජලයේ සම්පූර්ණයෙන්ම අයනීකරණය වන ප්රබල අම්ලයකි, එබැවින් HNO₃ සඳහා අයනීකරණ සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\[ \පෙළ{HNO}_3 \සිට \පෙළ{H}^+ + \පෙළ{NO}_3^- \]
දී ඇති HNO₃ සාන්ද්රණය 0,01 M වේ. HNO₃ ප්රබල අම්ලයක් බැවින්, HNO₃ හි සෑම අණුවක්ම එක් H⁺ අයනයක් නිපදවයි. එබැවින්, ද්රාවණයේ H⁺ අයන සාන්ද්රණය HNO₃ සාන්ද්රණයට සමාන වේ, එනම්:
\[ [\පෙළ{H}^+] = 0,01 \පෙළ{ M} \]
pH අගය සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ \පෙළ{pH} = -\ලොගය [\පෙළ{H}^+] \]
H⁺ අයන සාන්ද්රණය සූත්රයට සම්බන්ධ කිරීමෙන් අපට ලැබෙන්නේ:
\[ \පෙළ{pH} = -\ලොග් (0,01) = -\ලොග් (10^{-2}) = 2 \]
එබැවින්, 0,01 M HNO₃ ද්රාවණයක pH අගය 2 වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 3
ප්රශ්නය:
0,05 M NaOH ද්රාවණයක OH⁻ අයන සාන්ද්රණය තීරණය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
NaOH යනු ජලයේ දී සම්පූර්ණයෙන්ම අයනීකරණය වන ශක්තිමත් භෂ්මයකි, එබැවින් NaOH සඳහා අයනීකරණ සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
ලබා දී ඇති NaOH සාන්ද්රණය 0,05 M වේ. NaOH ශක්තිමත් භෂ්මයක් බැවින්, සෑම NaOH අණුවක්ම එක් OH⁻ අයනයක් නිපදවයි. එබැවින්, ද්රාවණයේ OH⁻ අයන සාන්ද්රණය NaOH සාන්ද්රණයට සමාන වේ, එනම්:
\[ [\පෙළ{OH}^-] = 0,05 \පෙළ{ M} \]
එබැවින්, 0,05 M NaOH ද්රාවණයක OH⁻ අයන සාන්ද්රණය 0,05 M වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 4
ප්රශ්නය:
0,01 M KOH ද්රාවණයක pH අගය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
KOH යනු ජලයේ දී සම්පූර්ණයෙන්ම අයනීකරණය වන ශක්තිමත් භෂ්මයකි. ජලයේ දී KOH සඳහා අයනීකරණ සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\[ \පෙළ{KOH} \වෙත \පෙළ{K}^+ + \පෙළ{OH}^- \]
දී ඇති KOH සාන්ද්රණය 0,01 M වේ. KOH ශක්තිමත් භෂ්මයක් බැවින්, සෑම KOH අණුවක්ම එක් OH⁻ අයනයක් නිපදවයි. එබැවින්, ද්රාවණයේ OH⁻ අයන සාන්ද්රණය KOH සාන්ද්රණයට සමාන වේ, එනම්:
\[ [\පෙළ{OH}^-] = 0,01 \පෙළ{ M} \]
pH අගය යනු ද්රාවණයක H⁺ අයන සාන්ද්රණයේ මිනුමක් වේ. ජල අයන නිෂ්පාදනය (Kw) මගින් ලබා දෙන pH, H⁺ අයන සහ OH⁻ අයන අතර සම්බන්ධතාවය අපට භාවිතා කළ හැකිය:
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
[OH⁻] හි අගය දැන ගැනීමෙන්, අපට [H⁺] ගණනය කළ හැකිය:
\[ [\පෙළ{H}^+] = \frac{\පෙළ{Kw}}{[\පෙළ{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \පෙළ{M} \]
pH අගය සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ \පෙළ{pH} = -\ලොගය [\පෙළ{H}^+] \]
H⁺ අයන සාන්ද්රණය සූත්රයට සම්බන්ධ කිරීමෙන් අපට ලැබෙන්නේ:
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
එබැවින්, 0,01 M KOH ද්රාවණයක pH අගය 12 කි.
උදාහරණ ප්රශ්නය 5
ප්රශ්නය:
ද්රාවණයක pH අගය = 3 වේ. ද්රාවණයේ H⁺ අයන සාන්ද්රණය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
pH අගය යනු ද්රාවණයක H⁺ අයන සාන්ද්රණයේ මිනුමක් වන අතර එය සූත්රය මගින් ප්රකාශ කළ හැක:
\[ \පෙළ{pH} = -\ලොගය [\පෙළ{H}^+] \]
H⁺ අයන සාන්ද්රණය ගණනය කිරීම සඳහා, අපි සූත්රය මෙසේ වෙනස් කරමු:
\[ [\පෙළ{H}^+] = 10^{-\පෙළ{pH}} \]
දී ඇති pH අගයන් ඇතුළත් කිරීමෙන් අපට ලැබෙන්නේ:
\[ [\පෙළ{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \පෙළ{ M} \]
ඉතින්, pH = 3 සහිත ද්රාවණයක H⁺ අයන සාන්ද්රණය 0,001 M වේ.
උදාහරණ ප්රශ්නය 6
ප්රශ්නය:
NH₄OH ද්රාවණයේ සාන්ද්රණය 0,1 M වේ. NH₄OH සඳහා Kb අගය 1,8 x 10⁻⁵ නම් ද්රාවණයේ pH අගය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
NH₄OH යනු දුර්වල භෂ්මයක් වන අතර එය ජලයේ දී සම්පූර්ණයෙන්ම අයනීකරණය නොවේ. ජලයේ දී NH₄OH සඳහා අයනීකරණ සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\[ \පෙළ{NH}_4\පෙළ{OH} \වම්දකුණු ඊතලය \පෙළ{NH}_4^+ + \පෙළ{OH}^- \]
NH₄OH අයනීකරණය සඳහා සමතුලිතතා නියතය Kb ලෙස හැඳින්වෙන අතර එය ලබා දෙන්නේ:
\[ K_b = \frac{[\පෙළ{NH}_4^+][\පෙළ{OH}^-]}{[\පෙළ{NH}_4\පෙළ{OH}} \]
NH₄OH දුර්වල භෂ්මයක් බැවින්, OH⁻ අයන සාන්ද්රණය ගණනය කිරීමට අපි Kb භාවිතා කරමු. \(x\) අයනීකෘත NH₄OH හි සාන්ද්රණය යැයි උපකල්පනය කළහොත්, අයනීකරණ සමීකරණය පහත පරිදි වේ:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \ආසන්න වශයෙන් \frac{x^2}{0,1} \]
Kb හි අගය ඉතා කුඩා බැවින්, අපි \(0,1 – x \ආසන්න වශයෙන් 0,1\) උපකල්පනය කරමු:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \ආසන්න වශයෙන් 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
එබැවින්, OH⁻ අයනවල සාන්ද්රණය \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\) වේ.
මෙම සාන්ද්රණයෙන්, අපට Kw භාවිතයෙන් H⁺ අයන සාන්ද්රණය ගණනය කළ හැකිය:
\[ [\පෙළ{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\පෙළ{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \පෙළ{ M} \]
pH අගය:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \පෙළ{pH} \ආසන්න වශයෙන් 11,13 \]
එබැවින්, 0,1 M NH₄OH ද්රාවණයක pH අගය 11,13 ක් පමණ වේ.
නිගමනය
අම්ල සහ භෂ්ම ද්රාවණයක හැසිරෙන ආකාරය තේරුම් ගැනීම සඳහා අර්හීනියස් න්යාය වටිනා පදනමක් සපයයි. මෙම සාකච්ඡාවේදී, H⁺ සහ OH⁻ අයන සාන්ද්රණය සහ විවිධ ද්රාවණවල pH අගය ගණනය කිරීමට මෙම සංකල්ප භාවිතා කළ හැකි ආකාරය නිරූපණය කරන උදාහරණ ගැටළු කිහිපයක් අපි විමසා බැලුවෙමු. උසස් පාසල් හෝ උසස් අධ්යාපන මට්ටමේ රසායන විද්යාව පිළිබඳ වෘත්තියක් කරගෙන යන ඕනෑම කෙනෙකුට මෙම න්යාය අවබෝධ කර ගැනීම අත්යවශ්ය වේ.
