Tabla de Contenidos
Việc hòa tan các chất điện phân trong nước sẽ tách chúng thành các ion tích điện trái dấu, cho phép dung dịch thu được dẫn điện. Một số ví dụ về chất điện phân phổ biến là các loại muối khác nhau, chẳng hạn như natri clorua và kali nitrat, axit như axit sunfuric và axit nitric, và một số bazơ như natri hydroxit, trong số những loại khác.
Trong các phần sau, nó được giải thích chi tiết bằng các ví dụ, cách tính nồng độ mol của các ion trong dung dịch đối với các loại chất điện ly khác nhau, bao gồm cả chất điện ly mạnh và yếu.
Tại sao điều quan trọng là có thể tính nồng độ mol của các ion trong dung dịch?
Vì nhiều lý do, cần phải xác định hoặc tính toán nồng độ mol của các ion này khi chuẩn bị dung dịch. Một mặt, tổng nồng độ của các ion cho phép chúng ta hình dung về khả năng dẫn điện của chúng. Mặt khác, tổng nồng độ của các ion cũng ảnh hưởng đến cường độ ion của dung dịch, ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng hóa học của các hệ thực khác nhau như axit yếu và bazơ yếu.
Cuối cùng, nồng độ của các ion khác nhau là rất quan trọng trong lĩnh vực sinh học và hóa sinh. Điều này là do nồng độ của các ion như natri và kali, cũng như clorua và các anion khác, là những yếu tố quan trọng trong việc xác định điện thế màng, xu hướng cho một ion tự động truyền qua một bên của màng sang bên kia, và một nhiều hiện tượng vận chuyển khác có tầm quan trọng lớn đối với hoạt động bình thường của tế bào.
Tính nồng độ ion trong dung dịch chất điện li mạnh
Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước thì bị ion hoá hoàn toàn. Điều này có nghĩa là phản ứng phân ly là không thể đảo ngược và tất cả các đơn vị công thức của hợp chất tách ra để tạo ra số lượng ion tối đa có thể có trong dung dịch.
Vì lý do này, trong trường hợp chất điện ly mạnh, việc tính toán nồng độ ion bao gồm một phép tính cân bằng hóa học đơn giản, tùy thuộc vào phản ứng hóa học cân bằng hoặc cân bằng. Lấy trường hợp sau đây làm ví dụ.
Ví dụ tính nồng độ của các ion trong chất điện li mạnh.
Tuyên bố:
Tính nồng độ mol của ion photphat và nồng độ mol của ion kali trong dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan 10,00 gam kali photphat trong 500,0 mL dung dịch.
Giải pháp:
Những loại vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách làm theo một loạt các bước được sắp xếp. Một số bước sẽ không cần thiết tùy thuộc vào dữ liệu được cung cấp bởi câu lệnh, nhưng nói chung, bạn luôn có thể sử dụng:
Bước #1: Trích xuất dữ liệu và ẩn số, xác định trọng lượng phân tử có liên quan và thực hiện các phép biến đổi đơn vị cần thiết.
Đây hầu như luôn là bước đầu tiên để giải quyết bất kỳ loại vấn đề nào. Trong trường hợp này, tuyên bố chỉ ra rằng dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan 10,00 g kali photphat (K 3 PO 4 ) , tương ứng với khối lượng của chất tan.
Vì nồng độ mol của các ion được yêu cầu, nên đến một lúc nào đó chúng ta sẽ cần khối lượng mol của muối là:
Tuyên bố cũng chỉ ra rằng 500,00 mL dung dịch sẽ được chuẩn bị, tương ứng với thể tích của dung dịch. Vì họ yêu cầu nồng độ mol nên thể tích này phải được chuyển thành lít.
Bước # 2: Tính nồng độ mol của chất điện phân. Điều này cũng thường được gọi là nồng độ phân tích.
Nói chung, việc tính nồng độ của các ion trong muối sẽ dễ dàng hơn từ nồng độ mol của chính muối đó. Chúng tôi làm điều này bằng cách sử dụng công thức mol và dữ liệu được trình bày ở trên.
Trong đó C K3PO4 là nồng độ mol của muối.
LƯU Ý CỦA TÁC GIẢ: Nói chung, người ta thường sử dụng C để biểu thị bất kỳ nồng độ phân tích nào trong bất kỳ đơn vị nồng độ nào. Theo nồng độ phân tích, chúng tôi muốn nói đến nồng độ được tính từ lượng đo được của chất tan, dung môi và dung dịch. Điều này là để phân biệt chúng với nồng độ của các loài khác nhau sau phản ứng hóa học hoặc khi thiết lập trạng thái cân bằng hóa học.
Bước #3: Viết phương trình phân ly cân bằng
Trong trường hợp này, nó là chất điện ly mạnh nên phản ứng không thể đảo ngược (cân bằng không được thiết lập):
Bước #4: Sử dụng các mối quan hệ cân bằng hóa học thu được từ phương trình cân bằng để xác định nồng độ của các ion quan tâm.
Sau khi phương trình được viết, tất cả những gì cần thiết là sử dụng phép cân bằng hóa học để xác định nồng độ của các ion. Chúng ta có thể thực hiện các phép tính cân bằng hóa học trực tiếp bằng cách sử dụng nồng độ mol thay vì số mol, vì tất cả các phép tính mà chúng ta đang thực hiện đều đề cập đến một dung dịch duy nhất trong đó thể tích không thay đổi, do đó nồng độ tỷ lệ thuận với số mol của mỗi loại.
Điều này có nghĩa là nồng độ của hai ion được xác định bởi:
Tính nồng độ ion trong dung dịch chất điện li yếu
Trong trường hợp chất điện ly yếu, sự khác biệt cơ bản là phản ứng phân ly có thể đảo ngược và chỉ một phần nhỏ các phân tử chất tan phân ly để tạo thành các ion tự do. Vì lý do này, để tính nồng độ ion trong những trường hợp này, cân bằng hóa học phải được giải quyết.
Ví dụ tính nồng độ ion của chất điện li yếu.
Tuyên bố:
Tính nồng độ mol của ion axetat và ion hiđro trong dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan 10,00 gam axit axetic trong 500,0 mL dung dịch, biết axit này có hằng số axit là 1,75 .10 -5 .
Giải pháp:
Vì trường hợp này liên quan đến dung dịch axit axetic, là chất điện ly yếu, nên chúng ta phải tiến hành giải quyết trạng thái cân bằng ion được thiết lập bằng cách hòa tan chất tan này trong nước. Các bước đầu tiên giống như trên, nhưng từ bước 4 trở đi quy trình sẽ thay đổi. Đây là cách:
Bước #1: Trích xuất dữ liệu và ẩn số, xác định trọng lượng phân tử có liên quan và thực hiện các phép biến đổi đơn vị cần thiết.
Khối lượng của chất tan lại là 10,00g và thể tích của dung dịch cũng là 500,0 mL, tương đương với 0,5000 L như chúng ta đã thấy trước đó. Khối lượng phân tử của axit axetic (CH 3 COOH) là 60,052 g/mol.
Bước # 2: Tính nồng độ mol của chất điện phân.
Sử dụng dữ liệu được trình bày ở trên, nồng độ mol ban đầu hoặc phân tích của axit axetic là:
Bước #3: Viết phương trình phân ly cân bằng
Khác với trường hợp trước, vì là chất điện li yếu nên phản ứng xảy ra thuận nghịch nên cân bằng được thiết lập:
Bước #4: Giải cân bằng hóa học để xác định nồng độ của tất cả các loài.
Phần này của quy trình hoàn toàn khác với phần trước, vì nồng độ cuối cùng của các ion không thể được xác định trực tiếp từ nồng độ ban đầu của axit bằng phép cân bằng hóa học, vì các nồng độ này cũng phải thỏa mãn điều kiện cân bằng do định luật tác dụng khối lượng đưa ra. .
Trong trường hợp cụ thể này, điều kiện cân bằng được xác định bằng biểu thức của hằng số cân bằng:
Bảng ICE sau đây liên quan đến nồng độ ban đầu với nồng độ cuối cùng. Trong trường hợp này, vì chúng ta không biết trước lượng axit thực sự phân ly, nên sự thay đổi nồng độ của nó phải được biểu thị dưới dạng ẩn số (X). Sau đó, bằng phép cân bằng hóa học, người ta xác định rằng X cũng phải được hình thành từ các ion axetat và từ các proton:
| Nồng độ | CH3COOH _ _ | H + | CH 3 COO– _ |
| viết tắt _ | 0,3330M | 0 | 0 |
| thay đổi _ | –X | +X | +X |
| và cân bằng | 0,3330–X | x | x |
Để tìm ẩn số X, chỉ cần sử dụng phương trình hằng số axit:
Phương trình này có thể được viết lại như sau:
đó là một phương trình cấp hai có giải pháp, sau khi thay thế giá trị của hằng số axit, là:
Như chúng ta có thể thấy trong bảng ICE, nồng độ của cả hai ion, trong trường hợp này, bằng X, vì vậy chúng ta có thể viết
Nồng độ của cả hai ion đều bằng 2,41.10 -3 mol.
Người giới thiệu
Bolívar, G. (2020, ngày 9 tháng 7). Chất điện ly yếu: khái niệm, đặc điểm, ví dụ. Phục hồi từ https://www.lifeder.com/electrolitos-debiles/
Nâu, T. (2021). Hóa học: Khoa học Trung tâm (tái bản lần thứ 11). Luân Đôn, Anh: Giáo dục Pearson.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học (tái bản lần thứ 10). Thành phố New York, NY: MCGRAW-HILL.
Garcia, J. (2002). Nồng độ trong các giải pháp lâm sàng: lý thuyết và xen kẽ. Linh mục costarric. khoa học. bác sĩ. , 23 , 81–88. Lấy từ https://www.scielo.sa.cr/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0253-29482002000100008
Sarica, S. (nd). Nồng độ ion với các ví dụ. Lấy từ https://www.chemistutorials.org/ct/es/44-Concentraci%C3%B3n_de_iones_con_ejemplos
