ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల pH ను చర్చించే ఉదాహరణ ప్రశ్నలు
మనం ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల గురించి మాట్లాడేటప్పుడు, మనం అర్థం చేసుకోవలసిన ఒక ముఖ్యమైన భావన pH. pH అనేది ఒక ద్రావణం యొక్క ఆమ్లత్వం లేదా క్షారత్వాన్ని కొలిచే కొలమానం. pHని నిర్ధారించడానికి ఉపయోగించే ఒక సూత్రం:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
ఈ ఫార్ములాలో, \([H^+]\) అనేది ద్రావణంలోని హైడ్రోజన్ అయాన్ల గాఢత, దీనిని మోలారిటీ (\(\text{mol/L}\)) లో కొలుస్తారు. pH తో పాటు, మనకు \(\text{pOH}\) కూడా ఉంది, దీనిని ద్రావణం యొక్క క్షారత్వాన్ని నిర్ధారించడానికి ఉపయోగిస్తారు:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
అప్పుడు, pH మరియు pOH ల మధ్య సంబంధం కింది సమీకరణం ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
ఆమ్ల మరియు క్షార ద్రావణాల pH ని ఎలా లెక్కించాలో తెలిపే అనేక ఉదాహరణ ప్రశ్నలను, వాటి వివరణలతో పాటు కింద చర్చిద్దాం.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 1: గాఢ ఆమ్ల ద్రావణం యొక్క pH ను లెక్కించడం
ప్రశ్న :
0,01 M గాఢత గల HCl (హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం) ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.
చర్చ :
HCl అనేది నీటిలో పూర్తిగా విఘటనం చెందే ఒక బలమైన ఆమ్లం:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
HCl పూర్తిగా విఘటనం చెందుతుంది కాబట్టి, ద్రావణంలోని హైడ్రోజన్ అయాన్ల గాఢత \([H^+]\) HCl యొక్క ప్రారంభ గాఢత అయిన 0,01 M కు సమానంగా ఉంటుంది.
\[ [H^+] = 0,01 \, \text{M} \]
తరువాత, మనం pH సూత్రాన్ని ఉపయోగిస్తాము:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (0,01) \]
\[ \text{pH} = -\log (10^{-2}) \]
\[ \text{pH} = 2 \]
కాబట్టి, 0,01 M HCl ద్రావణం యొక్క pH 2.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 2: బలమైన క్షార ద్రావణం యొక్క pH ను లెక్కించడం
ప్రశ్న :
0,001 M గాఢత గల NaOH (సోడియం హైడ్రాక్సైడ్) ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.
చర్చ :
NaOH అనేది నీటిలో పూర్తిగా విఘటనం చెందే ఒక బలమైన క్షారం:
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
ద్రావణంలోని హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల ([OH^-]) గాఢత, NaOH యొక్క ప్రారంభ గాఢత అయిన 0,001 M కు సమానంగా ఉంటుంది.
\[ [OH^-] = 0,001 \, \text{M} \]
తరువాత, మనం pOH ని లెక్కిస్తాము:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (0,001) \]
\[ \text{pOH} = -\log (10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
ఆ తర్వాత, మనం pH మరియు pOH మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని ఉపయోగిస్తాము:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3 = 14 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
కాబట్టి, 0,001 M NaOH ద్రావణం యొక్క pH 11.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 3: బలహీన ఆమ్ల ద్రావణం యొక్క pH ను లెక్కించడం
ప్రశ్న :
0,01 M గాఢత మరియు \(K_a = 1,8 \times 10^{-5}\) విఘటన స్థిరాంకం కలిగిన CH3COOH (ఎసిటిక్ ఆమ్లం) ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.
చర్చ :
ఎసిటిక్ ఆమ్లం వంటి, పూర్తిగా విఘటనం చెందని బలహీన ఆమ్లం మన వద్ద ఉన్నప్పుడు, ద్రావణంలోని H+ అయాన్ల గాఢతను కనుగొనడానికి మనం ఆమ్ల విఘటన స్థిరాంకాన్ని (\(K_a\)) ఉపయోగించాలి.
నీటిలో ఎసిటిక్ ఆమ్లం యొక్క విఘటన సమీకరణం:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \leftrightarrow \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
విఘటన స్థిరాంకం (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
హైడ్రోజన్ అయాన్లు మరియు ఎసిటేట్ అయాన్ల గాఢత \(x\) అని అనుకుందాం, అప్పుడు:
\[ K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
\(K_a\) చాలా చిన్నది కాబట్టి, మనం \(0,01 – x \approx 0,01\) అని ఊహించుకోవచ్చు:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x ≈ 1,34 × 10⁻⁴ \]
కాబట్టి, హైడ్రోజన్ అయాన్ల గాఢత \([H^+]\) \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\)గా ఉంటుంది.
తరువాత, మనం pH ని లెక్కిస్తాము:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pH} \approx 3,87 \]
కాబట్టి, 0,01 M ఎసిటిక్ ఆమ్ల ద్రావణం యొక్క pH సుమారుగా 3,87 ఉంటుంది.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 4: బలహీన క్షార ద్రావణం యొక్క pH ను లెక్కించడం
ప్రశ్న :
0,01 M గాఢత మరియు క్షార విఘటన స్థిరాంకం \(K_b = 1,8 \times 10^{-5}\) కలిగిన NH3 (అమ్మోనియా) ద్రావణం యొక్క pH ని లెక్కించండి.
చర్చ :
NH3 అనేది పూర్తిగా విఘటనం చెందని ఒక బలహీనమైన క్షారం. ద్రావణంలోని OH^- అయాన్ల గాఢతను కనుగొనడానికి మనం క్షార విఘటన స్థిరాంకాన్ని (\(K_b\)) ఉపయోగించాలి.
నీటిలో అమ్మోనియా యొక్క విఘటన చర్య:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
క్షార విఘటన స్థిరాంకం (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
అమ్మోనియం అయాన్లు మరియు హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల గాఢత \(x\) అని అనుకుందాం, అప్పుడు:
\[ K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
\(K_b\) చాలా చిన్నది కాబట్టి, మనం \(0,01 – x \approx 0,01\) అని ఊహించుకోవచ్చు:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x ≈ 1,34 × 10⁻⁴ \]
కాబట్టి, హైడ్రాక్సైడ్ అయాన్ల గాఢత \([OH^-]\) \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\)గా ఉంటుంది.
తరువాత, మనం pOH ని లెక్కిస్తాము:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \approx 3,87 \]
ఆ తర్వాత, మనం pH మరియు pOH మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని ఉపయోగిస్తాము:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3,87 = 14 \]
\[ \text{pH} \approx 10,13 \]
కాబట్టి, 0,01 M అమ్మోనియా ద్రావణం యొక్క pH సుమారుగా 10,13 ఉంటుంది.
ముగింపు
pH అధ్యయనంలో, బలమైన మరియు బలహీనమైన ఆమ్లాలు మరియు క్షారాల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని, మరియు ద్రావణంలో ప్రతి ఒక్కటి ఎలా విఘటనం చెందుతుందో అర్థం చేసుకోవడం ముఖ్యం. ఇది ఒక ద్రావణం యొక్క pHని మనం లెక్కించే విధానాన్ని నేరుగా ప్రభావితం చేస్తుంది. pHని లెక్కించడంలో సంవర్గమానాలు మరియు ప్రాథమిక రసాయన సూత్రాల వాడకం ఉంటుంది. ఈ భావనలను అర్థం చేసుకోవడం రసాయన శాస్త్రం మరియు జీవశాస్త్రం యొక్క అనేక రోజువారీ అనువర్తనాలలో మనకు సహాయపడుతుంది.
