การคำนวณค่า pH เพื่อทราบความเป็นกรดและด่างของสารละลาย

ค่า pH = – บันทึก [H ₃ O ⁺ ]

สำหรับกรดแก่ เช่น กรดไฮโดรคลอริก (HCl) ที่มีโมลาริตีเท่ากับ 0.02 โมลาร์หรือโมล/ลิตร ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนจะเท่ากับความเข้มข้นของกรด เนื่องจากมีการแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ ดังแสดงต่อไปนี้ สมการ

HCl -> H ₃ O ⁺ + Cl ^–

ดังนั้นจึงสามารถคำนวณค่า pH ได้:

pH = – ล็อก [H ₃ O ⁺ ] = – ล็อก [0.02] = 1.69

สำหรับกรดอ่อน เช่น กรดอะซิติก (CH ₃ COOH) และกรดอินทรีย์ส่วนใหญ่ ความเข้มข้นของกรดจะไม่ตรงกับความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน เนื่องจากกรดจะแยกตัวออกบางส่วน ทำให้เกิดความสมดุล ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทราบทั้งความเข้มข้นของกรดและระดับของการแตกตัวเพื่อทราบค่า pH ของสารละลาย

ดังนั้น ตัวอย่างเช่น สำหรับกรดอ่อน เช่น อะซิติก ที่มีความเข้มข้น 0.02 M และระดับการแยกตัวที่ 5% ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน และค่า pH สามารถคำนวณได้ดังนี้:

pH = – ล็อก [H ₃ O ⁺ ] = – ล็อก [ C alpha ] = – ล็อก (0.02 (5/100)) = 3

การคำนวณความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนจาก pH

ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนสามารถคำนวณได้จากค่า pH โดยดำเนินการทางคณิตศาสตร์แบบย้อนกลับกับวิธีที่ใช้ในการคำนวณค่า pH:

ค่า pH = – บันทึก [H ₃ O ⁺ ]

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^–pH

ด้วยเหตุนี้ ค่า pH = 6.3; ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนจะเป็น:

6.3 = – บันทึก [H ₃ O ⁺ ]

– 6.3 = บันทึก [H ₃ O ⁺ ]

[H ₃ O ⁺ ] = 10 ^{– 6.3} = 5,011.10 ^-7

การคำนวณ pOH

หากต้องการทราบpOHนั่นคือระดับของความเป็นพื้นฐานของสารละลายที่เป็นน้ำจำเป็นต้องทราบความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนในสารละลายเบสแก่หรือความเข้มข้นของเบสอ่อนพร้อมกับระดับการแยกตัว ดังตัวอย่างต่อไปนี้ ดำเนินการกับความเข้มข้นของไฮโดรเนียมแอนไอออน สำหรับเบสแก่ เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่มีความเข้มข้น 0.02 M อาจกล่าวได้ว่า:

pOH = – บันทึก [OH ^– ]

pOH = –log [0.02] = 1.69

อัตราส่วนของ pOH ต่อ pH เท่ากับ:

ค่า pH + ค่า pH = 14

ค่า pH + 1.69 = 14

ค่า pH = 14 – 1.69 = 12.21

นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนจากค่า pOH ได้ เช่น สำหรับค่า pOH ที่ 2.56:

2.56 = – บันทึก [OH ^– ]

– 2.56 = บันทึก [OH ^– ]

[OH ^– ] = 10 ^-2.56 = 2.75.10 ^-3ม

ตัวอย่างการปฏิบัติ

ตัวอย่างที่ 1 . คำนวณค่า pH สำหรับสารละลายที่มีความเข้มข้นของไฮโดรเนียมแอนไอออนคือ [H ₃ O ⁺ ] = 1.4.10  ^-5  M

สารละลาย

pH = -log [H ₃ O ⁺ ]
pH = -log [1.4.10  ^-5 ]
pH = 4.85

ตัวอย่างที่ 2 . คำนวณความเข้มข้นของ [H ₃ O ⁺ ] จาก pH 8.5

สารละลาย

[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-pH
[H ₃ O ⁺ ] = 10  ^-8.5
[H ₃ O ⁺ ] = 3.2.10  ^-9  M

ตัวอย่างที่ 3 . คำนวณค่า pH ของสารละลาย ถ้าความเข้มข้นของ H ₃ O ⁺เท่ากับ 0.0001 โมลต่อลิตร

สารละลาย

pH = –log(0.0001) = 4

ตัวอย่างที่ 4 . ค้นหาค่า pH ของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.03 M, HCl

กรดไฮโดรคลอริกเป็นกรดแก่ที่แตกตัวตามอัตราส่วนโมลาร์ 1:1 เป็นไฮโดรเนียมไอออนและคลอไรด์แอนไอออน ดังนั้นความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนจะเท่ากับความเข้มข้นของสารละลายกรด

คำตอบ

[H ₃ O ⁺ ]= 0.03 ม

pH = – บันทึก (0.03)
pH = 1.5

เมื่อทำการคำนวณเพื่อคำนวณค่า pH คุณควรตรวจสอบเสมอว่าคำตอบของคุณสมเหตุสมผลหรือไม่ กรดควรมีค่า pH ต่ำกว่า 7 มาก (ปกติคือ 1-3) ในขณะที่เบสมีค่า pH สูง (ปกติประมาณ 11-13) แม้ว่าในทางทฤษฎีจะคำนวณค่า pH ที่เป็นลบได้ แต่ในทางปฏิบัติ ค่า pH จะต้องอยู่ระหว่าง 0 ถึง 14 ซึ่งหมายความว่าค่า pH ที่มากกว่า 14 แสดงว่าต้องมีข้อผิดพลาดบางประเภทเกิดขึ้น

แหล่งที่มา

• การคำนวณ_pH และ pOH (2564). สืบค้นเมื่อ 17 มีนาคม 2021 จาก https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Equilibrium/Calculating_pHandpOH.htm