Саволҳои намунавӣ ва муҳокимаи кислотаҳо ва асосҳои Аррениус
Кислотаҳо ва асосҳо мафҳумҳои асосии химия мебошанд. Яке аз маъруфтарин назарияҳо барои шарҳ додани рафтори кислотаҳо ва асосҳо назарияи Аррениус мебошад. Мувофиқи Аррениус, кислота пайвастагиест, ки ҳангоми дар об ҳал шудан ионҳои H⁺ (ё H₃O⁺)-ро ба вуҷуд меорад, дар ҳоле ки асос пайвастагиест, ки ҳангоми дар об ҳал шудан ионҳои OH⁻-ро ба вуҷуд меорад. Дар ин мақола, мо якчанд масъалаҳои намунавиро дар бораи кислотаҳо ва асосҳо мувофиқи назарияи Аррениус дар баробари ҳалли онҳо баррасӣ хоҳем кард.
Намунаи саволи 1
Савол:
Маҳлули 0,1 М кислотаи хлорид (HCl) дар об ҳал карда шудааст. Консентратсияи ионҳои H⁺-ро дар маҳлул ҳисоб кунед.
Муҳокима:
Мувофиқи назарияи Аррениус, HCl кислота аст, зеро он ҳангоми ҳал шудан дар об ионҳои H⁺-ро ба вуҷуд меорад. Муодилаи ионизатсия барои HCl дар об чунин аст:
\[ \text{HCl} \to \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Консентратсияи ибтидоии HCl 0,1 М аст. Азбаски HCl кислотаи қавӣ аст, ки дар маҳлули обӣ пурра ион мешавад, ҳар як молекулаи HCl як иони H⁺ ва як иони Cl⁻-ро ба вуҷуд меорад. Аз ин рӯ, консентратсияи ионҳои H⁺ дар маҳлул низ ба консентратсияи HCl баробар аст, яъне:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \text{ M} \]
Пас, консентратсияи ионҳои H⁺ дар маҳлули 0,1 М HCl 0,1 М аст.
Намунаи саволи 2
Савол:
РН-и маҳлули 0,01 М кислотаи нитрат (HNO₃)-ро ҳисоб кунед.
Муҳокима:
HNO₃ кислотаи қавӣ аст, ки дар об пурра ионизатсия мешавад, аз ин рӯ муодилаи ионизатсия барои HNO₃ чунин аст:
\[ \text{HNO}_3 \to \text{H}^+ + \text{NO}_3^- \]
Консентратсияи додашудаи HNO₃ 0,01 М аст. Азбаски HNO₃ кислотаи қавӣ аст, ҳар як молекулаи HNO₃ як иони H⁺ ҳосил мекунад. Аз ин рӯ, консентратсияи ионҳои H⁺ дар маҳлул ба консентратсияи HNO₃ баробар аст, яъне:
\[ [\text{H}^+] = 0,01 \text{ M} \]
рН-ро бо истифода аз формулаи зерин ҳисоб кардан мумкин аст:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Бо ворид кардани консентратсияи ионҳои H⁺ ба формула, мо ба даст меорем:
\[ \text{pH} = -\log (0,01) = -\log (10^{-2}) = 2 \]
Пас, рН-и маҳлули 0,01 М HNO₃ ба 2 баробар аст.
Намунаи саволи 3
Савол:
Консентратсияи ионҳои OH⁻-ро дар маҳлули 0,05 М NaOH муайян кунед.
Муҳокима:
NaOH як пойгоҳи қавӣ аст, ки дар об пурра ионизатсия мешавад, аз ин рӯ муодилаи ионизатсия барои NaOH чунин аст:
\[ \text{NaOH} \to \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Консентратсияи NaOH-и додашуда 0,05 М аст. Азбаски NaOH асоси қавӣ аст, ҳар як молекулаи NaOH як иони OH⁻-ро ба вуҷуд меорад. Аз ин рӯ, консентратсияи ионҳои OH⁻ дар маҳлул ба консентратсияи NaOH баробар аст, яъне:
\[ [\text{OH}^-] = 0,05 \text{ M} \]
Пас, консентратсияи ионҳои OH⁻ дар маҳлули 0,05 М NaOH 0,05 М аст.
Намунаи саволи 4
Савол:
РН-и маҳлули 0,01 М KOH-ро ҳисоб кунед.
Муҳокима:
KOH як асоси мустаҳкам аст, ки дар об пурра ионизатсия мешавад. Муодилаи ионизатсия барои KOH дар об чунин аст:
\[ \text{KOH} \to \text{K}^+ + \text{OH}^- \]
Консентратсияи додашудаи KOH 0,01 М аст. Азбаски KOH асоси қавӣ аст, ҳар як молекулаи KOH як иони OH⁻-ро ба вуҷуд меорад. Аз ин рӯ, консентратсияи ионҳои OH⁻ дар маҳлул ба консентратсияи KOH баробар аст, яъне:
\[ [\text{OH}^-] = 0,01 \text{ M} \]
рН ченаки консентратсияи ионҳои H⁺ дар маҳлул аст. Мо метавонем робитаи байни рН, ионҳои H⁺ ва ионҳои OH⁻-ро, ки бо ҳосили ионҳои об (Kw) дода мешаванд, истифода барем:
\[ \text{Kw} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-14} \]
Бо донистани арзиши [OH⁻], мо метавонем [H⁺]-ро ҳисоб кунем:
\[ [\text{H}^+] = \frac{\text{Kw}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{0,01} = 1 \times 10^{-12} \text{ M} \]
рН-ро бо истифода аз формулаи зерин ҳисоб кардан мумкин аст:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Бо ворид кардани консентратсияи ионҳои H⁺ ба формула, мо ба даст меорем:
\[ \text{pH} = -\log (1 \times 10^{-12}) = 12 \]
Пас, рН-и маҳлули 0,01 М KOH 12 аст.
Намунаи саволи 5
Савол:
Маҳлул рН = 3 дорад. Консентратсияи ионҳои H⁺-ро дар маҳлул ҳисоб кунед.
Муҳокима:
рН ченаки консентратсияи ионҳои H⁺ дар маҳлул аст ва онро бо формулаи зерин ифода кардан мумкин аст:
\[ \text{pH} = -\log [\text{H}^+] \]
Барои ҳисоб кардани консентратсияи ионҳои H⁺, мо формуларо ба ин тағйир медиҳем:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} \]
Бо илова кардани арзишҳои рН-и додашуда, мо ба даст меорем:
\[ [\text{H}^+] = 10^{-3} = 0,001 \text{ M} \]
Пас, консентратсияи ионҳои H⁺ дар маҳлули дорои рН = 3 0,001 М аст.
Намунаи саволи 6
Савол:
Консентратсияи маҳлули NH₄OH 0,1 М аст. Агар арзиши Kb барои NH₄OH 1,8 x 10⁻⁵ бошад, рН-и маҳлулро ҳисоб кунед.
Муҳокима:
NH₄OH асоси заиф аст, ки дар об пурра ион намешавад. Муодилаи ионизатсия барои NH₄OH дар об чунин аст:
\[ \text{NH}_4\text{OH} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Константаи мувозинат барои ионизатсияи NH₄OH Kb номида мешавад ва бо формулаи зерин дода мешавад:
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_4\text{OH}} \]
Азбаски NH₄OH асоси заиф аст, мо барои ҳисоб кардани консентратсияи ионҳои OH⁻ аз Kb истифода мебарем. Агар \(x\) консентратсияи NH₄OH-и ионшуда бошад, муодилаи ионизатсия чунин мешавад:
\[ K_b = \frac{x^2}{0,1 – x} \approx \frac{x^2}{0,1} \]
Азбаски арзиши Kb хеле хурд аст, мо (0,1 – x \approx 0,1\)-ро фарз мекунем:
\[ 1,8 \times 10^{-5} = \frac{x^2}{0,1} \]
\[x^2 = 1,8 \вақт 10^{-6} \]
\[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \]
\[ x \approx 1,34 \times 10^{-3} \text{ M} \]
Пас, консентратсияи ионҳои OH⁻ \(1,34 \times 10^{-3} \text{M}\) аст.
Аз ин консентратсия, мо метавонем консентратсияи ионҳои H⁺-ро бо истифода аз Kw ҳисоб кунем:
\[ [\text{H}^+] = \frac{1 \times 10^{-14}}{1,34 \times 10^{-3}} \]
\[ [\text{H}^+] = 7,46 \times 10^{-12} \text{ M} \]
pH:
\[ \text{pH} = -\log (7,46 \times 10^{-12}) \]
\[ \text{pH} \тақрибан 11,13 \]
Пас, рН-и маҳлули 0,1 М NH₄OH тақрибан 11,13 аст.
Хулоса
Назарияи Аррениус барои фаҳмидани тарзи рафтори кислотаҳо ва асосҳо дар маҳлул заминаи арзишманд фароҳам меорад. Дар ин муҳокима, мо якчанд мисолҳои масъаларо баррасӣ кардем, ки нишон медиҳанд, ки чӣ гуна ин мафҳумҳоро барои ҳисоб кардани консентратсияи ионҳои H⁺ ва OH⁻ ва рН-и маҳлулҳои гуногун истифода бурдан мумкин аст. Фаҳмидани ин назария барои ҳар касе, ки касби химияро дар мактаби миёна ё таҳсилоти олӣ меҷӯяд, муҳим аст.
