Obliczanie pH, aby poznać kwasowość i zasadowość roztworu

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

W przypadku mocnego kwasu, takiego jak kwas solny (HCl), o molowości 0,02 M lub mol/l, stężenie jonów hydroniowych będzie takie samo jak w kwasie, ponieważ jest on w pełni zjonizowany, jak pokazano na poniższym rysunku równanie.

HCl -> _H3O + ⁺ Cl ^–

Dlatego pH można obliczyć:

pH = – log [H3O ₊ ^] = – log [0,02] = 1,69

W przypadku słabego kwasu, takiego jak kwas octowy (CH ₃ COOH) i większość kwasów organicznych, stężenie kwasu nie odpowiada stężeniu jonów hydroniowych, ponieważ kwas jest częściowo zdysocjowany, dając równowagę. Dlatego konieczna jest znajomość zarówno stężenia kwasu, jak i stopnia dysocjacji, aby znać pH roztworu.

Na przykład dla słabego kwasu, takiego jak kwas octowy, o stężeniu 0,02 M i stopniu dysocjacji 5%, stężenie jonów hydroniowych, a tym samym pH, można obliczyć w następujący sposób:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ] = – log [ C alfa ] = – log (0,02 (5/100)) = 3

Obliczanie stężenia jonów hydroniowych z pH

Stężenie jonów hydroniowych można obliczyć na podstawie pH, wykonując operację matematyczną odwrotną do tej użytej do obliczenia pH:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

[H3O ₊ ^{] =} 10  –pH

Dlatego dla pH = 6,3; stężenie jonów hydroniowych wynosiłoby:

6,3 = – log [H ₃ O ⁺ ]

– 6,3 = log [H ₃ O ⁺ ]

[ _H3O ⁺ ] = 10 – ^6,3 = 5011,10 ^-7

obliczenie pOH

Aby poznać pOH , czyli stopień zasadowości roztworu wodnego , konieczna jest znajomość stężenia jonów wodorotlenkowych w roztworze mocnej zasady lub stężenia słabej zasady wraz ze stopniem jej dysocjacji. Idąc za przykładem tego, co zrobiono ze stężeniem anionów hydroniowych, dla mocnej zasady, takiej jak wodorotlenek sodu (NaOH) o stężeniu 0,02 M, można powiedzieć, że:

pOH = – log [OH ^– ]

pOH = –log [0,02] = 1,69

Stosunek pOH do pH jest równy:

pH + pOH = 14

pH + 1,69 = 14

pH = 14 – 1,69 = 12,21

Możliwe jest również obliczenie stężenia jonów wodorotlenkowych z wartości pOH, a więc na przykład dla wartości pOH 2,56:

2,56 = – log [OH ^– ]

– 2,56 = log [OH ^– ]

[OH ^– ] = 10 ^-2,56 = 2,75,10 ^-3 M

Praktyczne przykłady

Przykład 1 . Oblicz pH roztworu, w którym stężenie anionów hydroniowych wynosi [H ₃ O ⁺ ] = 1,4,10  ^-5  M.

Rozwiązanie

pH = -log [H ₃ O ⁺ ]
pH = -log [1.4.10  ^-5 ]
pH = 4,85

Przykład 2 . Oblicz stężenie [H ₃ O ⁺ ] na podstawie pH 8,5.

Rozwiązanie

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-pH
[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-8,5
[H ₃ O ⁺ ] = 3,2,10  ^-9  M

Przykład 3 . Oblicz pH roztworu, jeśli stężenie H ₃ O ⁺ wynosi 0,0001 mola na litr.

Rozwiązanie

pH = –log(0,0001) = 4

Przykład 4 . Znajdź pH 0,03 M roztworu kwasu solnego, HCl.

Kwas solny jest mocnym kwasem, który dysocjuje w stosunku molowym 1:1 na jony hydroniowe i aniony chlorkowe. Dlatego stężenie jonów hydroniowych jest dokładnie takie samo jak stężenie roztworu kwasu.

Odpowiedź

[H3O ₊ ] = ^0,03 M

pH = – log (0,03)
pH = 1,5

Wykonując obliczenia w celu obliczenia pH, zawsze powinieneś sprawdzić, czy twoje odpowiedzi mają sens. Kwas powinien mieć pH znacznie niższe niż 7 (zwykle 1-3), podczas gdy zasada ma wysoką wartość pH (zwykle około 11-13). Chociaż teoretycznie możliwe jest obliczenie ujemnego pH, w praktyce wartości pH muszą wynosić od 0 do 14. Oznacza to, że pH większe niż 14 wskazuje, że musiał wystąpić jakiś błąd.

Źródła

• Obliczanie_pH i pOH. (2021). Pobrano 17 marca 2021 r. z https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm