Beräkning av pH för att veta surheten och basiciteten av en lösning

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

För en stark syra, såsom saltsyra (HCl), med en molaritet av 0,02 M eller mol/L, blir hydroniumjonkoncentrationen densamma som syran, eftersom den är helt joniserad, vilket visas i följande ekvation.

HCl -> H ₃ O ⁺ + Cl ^–

Därför kan pH beräknas:

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

För en svag syra, såsom ättiksyra (CH ₃ COOH) och de flesta organiska syror, stämmer inte koncentrationen av syran med hydroniumjonernas koncentration eftersom syran är delvis dissocierad, vilket ger en jämvikt . Därför är det nödvändigt att känna till både koncentrationen av syran och graden av dissociation för att känna till lösningens pH.

Så, till exempel, för en svag syra, såsom ättiksyra, med en koncentration på 0,02 M och en dissociationsgrad på 5 %, kan koncentrationen av hydroniumjoner, och därför, pH, beräknas enligt följande:

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

Beräkning av hydroniumjonkoncentration från pH

Koncentrationen av hydroniumjoner kan beräknas från pH genom att göra den omvända matematiska operationen till den som används för att beräkna pH:

pH = – log [H ₃ O ⁺ ]

[ _H3O + ] = 10  ^{– pH}

Det är därför, för ett pH = 6,3; koncentrationen av hydroniumjoner skulle vara:

6,3 = – log [H ₃ O ⁺ ]

– 6,3 = log [H ₃ O ⁺ ]

[ _H3O ⁺ ] = 10 ^{– 6,3} = 5 011,10 ^-7

pOH-beräkning

För att veta pOH , det vill säga graden av basicitet för en vattenlösning, är det nödvändigt att känna till koncentrationen av hydroxidjoner i en stark baslösning, eller koncentrationen av en svag bas tillsammans med dess dissociationsgrad. Följande som exempel vad som gjordes med koncentrationen av hydroniumanjoner, för en stark bas som natriumhydroxid (NaOH) med en koncentration av 0,02 M kan man säga att:

pOH = – log [OH ^– ]

pOH = –log [0,02] = 1,69

Förhållandet mellan pOH och pH är lika med:

pH + pOH = 14

pH + 1,69 = 14

pH = 14 – 1,69 = 12,21

Det är också möjligt att beräkna hydroxidjonkoncentrationen från ett pOH-värde, alltså till exempel för ett pOH-värde på 2,56:

2,56 = – log [OH ^– ]

– 2,56 = log [OH ^– ]

[OH ^– ] = 10 ^-2,56 = 2,75,10 ^-3 M

Praktiska exempel

Exempel 1 . Beräkna pH för en lösning vars koncentration av hydroniumanjoner är [H ₃ O ⁺ ] = 1.4.10  ^-5  M.

Lösning

pH = -log [H3O ₊ ^] pH
= -log [1.4.10  ^-5 ]
pH = 4.85

Exempel 2 . Beräkna koncentrationen av [H ₃ O ⁺ ] från ett pH på 8,5.

Lösning

[ _H3O ⁺ ] = 10  – ^pH
[ _H3O ⁺  ] =  ^10-8,5 [
H3O ₊ ]  = ^{3,2,10-9 M}

Exempel 3 . Beräkna pH för en lösning, om koncentrationen av H ₃ O ⁺ är 0,0001 mol per liter.

Lösning

pH = –log(0,0001) = 4

Exempel 4 . Hitta pH för en 0,03 M lösning av saltsyra, HCl.

Saltsyra är en stark syra som dissocierar enligt ett molförhållande på 1:1 till hydroniumjoner och kloridanjoner. Därför är koncentrationen av hydroniumjoner exakt densamma som koncentrationen av syralösningen.

Svar

[ _H3O + ]= 0,03 ^M

pH = – log (0,03)
pH = 1,5

När du utför beräkningar för att beräkna pH bör du alltid kontrollera att dina svar är vettiga. En syra bör ha ett pH mycket lägre än 7 (vanligtvis 1-3), medan en bas har ett högt pH-värde (vanligtvis runt 11-13). Även om det i teorin går att beräkna ett negativt pH så måste i praktiken pH-värdena ligga mellan 0 och 14. Det betyder att ett pH större än 14 indikerar att någon typ av fel måste ha inträffat.

Källor

• Beräknar_pH och pOH. (2021). Hämtad 17 mars 2021 från https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm