అర్హేనియస్ ఆమ్ల క్షార చర్చా ప్రశ్నల ఉదాహరణ

అర్హేనియస్ ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల ఉదాహరణ ప్రశ్నలు మరియు చర్చ

ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు రసాయన శాస్త్రంలో ప్రాథమిక భావనలు. ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల ప్రవర్తనను వివరించడానికి బాగా తెలిసిన సిద్ధాంతాలలో ఒకటి అర్హేనియస్ సిద్ధాంతం. అర్హేనియస్ ప్రకారం, నీటిలో కరిగినప్పుడు H⁺ (లేదా H₃O⁺) అయాన్‌లను ఉత్పత్తి చేసే సమ్మేళనాన్ని ఆమ్లం అంటారు, అదేవిధంగా నీటిలో కరిగినప్పుడు OH⁻ అయాన్‌లను ఉత్పత్తి చేసే సమ్మేళనాన్ని క్షారం అంటారు. ఈ వ్యాసంలో, అర్హేనియస్ సిద్ధాంతం ప్రకారం ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలకు సంబంధించిన అనేక ఉదాహరణ సమస్యలను, వాటి పరిష్కారాలతో పాటు చర్చిస్తాము.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 1

ప్రశ్న:
0,1 M హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl) ద్రావణాన్ని నీటిలో కరిగించారు. ఆ ద్రావణంలో H⁺ అయాన్ల గాఢతను లెక్కించండి.

చర్చ:
అర్హేనియస్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, HCl నీటిలో కరిగినప్పుడు H⁺ అయాన్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది కాబట్టి అది ఒక ఆమ్లం. నీటిలో HCl యొక్క అయనీకరణ సమీకరణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

\[ \text{HCl} \to \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]

HCl యొక్క ప్రారంభ గాఢత 0,1 M. HCl ఒక బలమైన ఆమ్లం మరియు జల ద్రావణంలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందుతుంది కాబట్టి, ప్రతి HCl అణువు ఒక H⁺ అయాన్‌ను మరియు ఒక Cl⁻ అయాన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, ద్రావణంలోని H⁺ అయాన్ల గాఢత కూడా HCl గాఢతకు సమానంగా ఉంటుంది, అనగా:

\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{ M} \]

కాబట్టి, 0,1 M HCl ద్రావణంలో H⁺ అయాన్ల గాఢత 0,1 M ఉంటుంది.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 2

ప్రశ్న:
0,01 M నైట్రిక్ ఆమ్లం (HNO₃) ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.

చర్చ:
HNO₃ అనేది నీటిలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందే ఒక బలమైన ఆమ్లం, కాబట్టి HNO₃ యొక్క అయనీకరణ సమీకరణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]

ఇవ్వబడిన HNO₃ గాఢత 0,01 M. HNO₃ ఒక బలమైన ఆమ్లం కాబట్టి, HNO₃ యొక్క ప్రతి అణువు ఒక H⁺ అయాన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, ద్రావణంలోని H⁺ అయాన్ల గాఢత, HNO₃ గాఢతకు సమానం, అనగా:

\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{ M} \]

pH ను ఈ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:

\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]

H⁺ అయాన్ల గాఢతను సూత్రంలో ప్రతిక్షేపించగా, మనకు లభించేది:

\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]

కాబట్టి, 0,01 M HNO₃ ద్రావణం యొక్క pH 2.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 3

ప్రశ్న:
0,05 M NaOH ద్రావణంలో OH⁻ అయాన్ల గాఢతను కనుగొనండి.

చర్చ:
NaOH అనేది నీటిలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందే ఒక బలమైన క్షారం, కాబట్టి NaOH యొక్క అయనీకరణ సమీకరణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]

ఇవ్వబడిన NaOH గాఢత 0,05 M. NaOH ఒక బలమైన క్షారం కాబట్టి, ప్రతి NaOH అణువు ఒక OH⁻ అయాన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, ద్రావణంలోని OH⁻ అయాన్ల గాఢత NaOH గాఢతకు సమానం, అనగా:

\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{ M} \]

కాబట్టి, 0,05 M NaOH ద్రావణంలో OH⁻ అయాన్ల గాఢత 0,05 M ఉంటుంది.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 4

ప్రశ్న:
0,01 M KOH ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.

చర్చ:
KOH అనేది నీటిలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందే ఒక బలమైన క్షారం. నీటిలో KOH యొక్క అయనీకరణ సమీకరణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]

ఇవ్వబడిన KOH గాఢత 0,01 M. KOH ఒక బలమైన క్షారం కాబట్టి, ప్రతి KOH అణువు ఒక OH⁻ అయాన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అందువల్ల, ద్రావణంలోని OH⁻ అయాన్ల గాఢత KOH గాఢతకు సమానం, అనగా:

\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{ M} \]

pH అనేది ఒక ద్రావణంలో H⁺ అయాన్ల గాఢతను కొలిచే కొలమానం. నీటి అయాన్ ఉత్పత్తి (Kw) ద్వారా ఇవ్వబడిన pH, H⁺ అయాన్లు మరియు OH⁻ అయాన్ల మధ్య సంబంధాన్ని మనం ఉపయోగించవచ్చు:

\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]

[OH⁻] విలువ తెలిస్తే, మనం [H⁺] ను లెక్కించవచ్చు:

\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{ M} \]

pH ను ఈ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు:

\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]

H⁺ అయాన్ల గాఢతను సూత్రంలో ప్రతిక్షేపించగా, మనకు లభించేది:

\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]

కాబట్టి, 0,01 M KOH ద్రావణం యొక్క pH 12.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 5

ప్రశ్న:
ఒక ద్రావణం యొక్క pH విలువ 3. ఆ ద్రావణంలో H⁺ అయాన్ల గాఢతను లెక్కించండి.

చర్చ:
pH అనేది ఒక ద్రావణంలోని H⁺ అయాన్ల గాఢతను కొలిచే కొలమానం మరియు దీనిని ఈ సూత్రం ద్వారా వ్యక్తపరచవచ్చు:

\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]

H⁺ అయాన్ల గాఢతను లెక్కించడానికి, మనం సూత్రాన్ని ఈ విధంగా మారుస్తాము:

\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]

ఇచ్చిన pH విలువలను ప్రతిక్షేపించడం ద్వారా, మనకు లభించేది:

\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{ M} \]

కాబట్టి, pH = 3 ఉన్న ద్రావణంలో H⁺ అయాన్ల గాఢత 0,001 M.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 6

ప్రశ్న:
NH₄OH ద్రావణం యొక్క గాఢత 0,1 M. NH₄OH యొక్క Kb విలువ 1,8 x 10⁻⁵ అయితే, ఆ ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.

చర్చ:
NH₄OH అనేది నీటిలో పూర్తిగా అయనీకరణం చెందని ఒక బలహీనమైన క్షారం. నీటిలో NH₄OH యొక్క అయనీకరణ సమీకరణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]

NH₄OH యొక్క అయనీకరణం యొక్క సమతాస్థితి స్థిరాంకాన్ని Kb అని అంటారు మరియు దీనిని ఈ క్రింది విధంగా సూచిస్తారు:

\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]

NH₄OH ఒక బలహీనమైన క్షారం కాబట్టి, OH⁻ అయాన్ల గాఢతను లెక్కించడానికి మనం Kb ని ఉపయోగిస్తాము. \(x\) అనేది అయనీకరణం చెందిన NH₄OH యొక్క గాఢత అని అనుకుంటే, అయనీకరణ సమీకరణం ఇలా అవుతుంది:

\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]

Kb విలువ చాలా చిన్నది కాబట్టి, మనం \(0,1 – x \approx 0,1\) అని ఊహిస్తాము:

\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]

\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]

\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]

\[ x ≈ 1,34 × 10⁻³ M ]

కాబట్టి, OH⁻ అయాన్ల గాఢత \(1,34 \times 10^{-3} \text{ M}\).

ఈ గాఢత నుండి, మనం Kw ను ఉపయోగించి H⁺ అయాన్ల గాఢతను లెక్కించవచ్చు:

\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]

\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{ M} \]

pH:

\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]

\[ \text{pH} \approx 11,13 \]

కాబట్టి, 0,1 M NH₄OH ద్రావణం యొక్క pH సుమారుగా 11,13 ఉంటుంది.

ముగింపు

ద్రావణంలో ఆమ్లాలు మరియు క్షారాలు ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి అర్హేనియస్ సిద్ధాంతం ఒక విలువైన పునాదిని అందిస్తుంది. ఈ చర్చలో, వివిధ ద్రావణాలలో H⁺ మరియు OH⁻ అయాన్ల గాఢతలను మరియు pH ని లెక్కించడానికి ఈ భావనలను ఎలా ఉపయోగించవచ్చో వివరించే అనేక ఉదాహరణ సమస్యలను మనం చూశాము. ఉన్నత పాఠశాల లేదా ఉన్నత విద్యా స్థాయిలోనైనా, రసాయన శాస్త్రంలో వృత్తిని కొనసాగించాలనుకునే ఎవరికైనా ఈ సిద్ధాంతాన్ని అర్థం చేసుకోవడం అత్యవసరం.