Tabla de Contenidos
POH của một dung dịch được định nghĩa là giá trị âm của logarit cơ số 10 của nồng độ mol của các ion hydroxit có trong dung dịch nói trên , nghĩa là:
Giống như pH là thước đo độ axit của dung dịch, pOH là thước đo tính bazơ của dung dịch.
Đôi khi, thật khó hiểu tại sao pOH tồn tại và tại sao nó được sử dụng, nếu thang đo pH cung cấp thông tin giống như pOH, mặc dù là gián tiếp. Nói cách khác, không có thông tin nào mà pOH có thể cung cấp cho chúng ta mà chưa cung cấp cho chúng ta độ pH của dung dịch.
Tuy nhiên, có nhiều tình huống tính pOH dễ hơn tính pH. Một ví dụ xảy ra khi chúng ta điều chế dung dịch bazơ mạnh hoặc yếu, và một ví dụ khác thậm chí còn khét tiếng hơn là khi điều chế dung dịch đệm từ bazơ yếu và muối của axit liên hợp với nó.
Nói chung, bất cứ khi nào chúng ta có mặt dung dịch bazơ, việc tính toán pOH có thể được thực hiện theo cách tương tự như tính toán độ pH của dung dịch axit, chỉ cần trao đổi các ion hydroni ở mọi nơi (H 3 O + ) bằng cách ion hydroxit (OH . ), pH bằng pOH, axit mạnh hay yếu bằng bazơ mạnh hay yếu và hằng số axit (K a ) bằng hằng số bazơ (K b ).
Trong các phần tiếp theo, chúng ta sẽ khám phá quy trình tính toán pOH trong các tình huống khác nhau và từ các loại dữ liệu khác nhau. Tuy nhiên, trước tiên chúng ta sẽ xem xét ngắn gọn các khái niệm cơ bản liên quan đến cân bằng axit-bazơ trong dung dịch nước.
Cân bằng ion của nước
Độ axit hoặc bazơ của dung dịch nước được xác định bởi hai yếu tố: axit hoặc bazơ đóng vai trò là chất tan và nước đóng vai trò là dung môi. Nước đại diện cho phần quan trọng nhất của khái niệm về tính axit và tính bazơ và trên thực tế, nó xác định ý nghĩa của dung dịch axit, bazơ và trung tính.
Đồng thời, chính nước xác định cả thang đo pH và pOH, và nó làm được điều này nhờ vào sự cân bằng axit-bazơ liên tục xảy ra trong bất kỳ mẫu nước nào, trong đó một phân tử nước đóng vai trò là axit trong khi một phân tử khác đóng vai trò là axit. căn cứ:
Vì nước tự proton hóa và thủy phân nên phản ứng này được gọi là phản ứng tự phân hủy của nước. Ngoài ra, phương trình này có thể được viết ở dạng đơn giản dưới dạng phân ly đơn giản:
Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch nhanh chóng đạt đến trạng thái cân bằng. Do đó, nó đã liên kết với một hằng số cân bằng được gọi là hằng số tích số ion của nước, hay KW , và được cho bởi
Lấy logarit âm của cơ số 10 ở cả hai vế của phương trình này, áp dụng một số tính chất của logarit và sử dụng các định nghĩa về pH và pOH, phương trình này trở thành:
Theo phép cân bằng hóa học, trong nước tinh khiết (được coi là trung tính), nồng độ của proton (hoặc ion hydroni) và hydroxit bằng nhau và có giá trị 10 -7 M. Trong dung dịch axit, nồng độ ion hydroni cao hơn, và trong Trong dung dịch bazơ có nồng độ ion hydroxit cao hơn. Dựa trên những dữ liệu này, chúng ta có thể đưa ra những kết luận sau về tính axit và tính bazơ của dung dịch:
- Một dung dịch trung tính có cả pH và pOH là 7.
- Một dung dịch axit có pH<7 và pOH>7.
- Dung dịch bazơ có pH>7 và pOH<7.
Khái niệm về axit và bazơ
Để tính pOH của bất kỳ dung dịch nào, trước tiên chúng ta phải xác định loại chất hòa tan chứa trong dung dịch đó. Nói chung, chúng ta sẽ phân biệt giữa ba loại chất hòa tan:
- Các chất hòa tan có tính axit, hoặc đơn giản là axit.
- Các chất hòa tan hoặc bazơ cơ bản.
- chất hòa tan trung tính
Để đơn giản, chúng ta sẽ sử dụng khái niệm axit và bazơ của Brønsted và Lowry, theo đó axit là bất kỳ chất nào có khả năng nhường proton cho chất khác, và bazơ là bất kỳ chất nào có khả năng nhận proton. Mặt khác, một chất tan sẽ trung tính khi nó không có khả năng thực hiện một trong hai điều trên.
cân bằng axit-bazơ
Khi nói về axit và bazơ cũng cần phân biệt hai loại axit và hai loại bazơ. Cả hai đều có thể là axit hoặc bazơ mạnh hoặc axit hoặc bazơ yếu. Sự khác biệt giữa hai loại là, trong trường hợp thứ hai, có liên quan đến phản ứng thuận nghịch hoặc cân bằng axit-bazơ, trong khi trong trường hợp axit và bazơ mạnh, người ta cho rằng chúng phân ly hoặc phản ứng hoàn toàn (không thiết lập trạng thái cân bằng).
Điều này có tầm quan trọng rất lớn vì khi tính pOH của một dung dịch, nếu tính axit hoặc bazơ yếu thì chúng ta phải giải cân bằng hóa học, còn nếu chúng mạnh thì không.
Tính pOH của dung dịch axit và bazơ mạnh
Hãy bắt đầu với trường hợp đơn giản nhất tương ứng với việc tính pOH của dung dịch axit và bazơ mạnh. Để duy trì cách giải quyết vấn đề nhất quán, chúng tôi sẽ sử dụng bảng ICE (Nồng độ ban đầu, sự thay đổi và nồng độ ở trạng thái cân bằng) trong mọi trường hợp axit và bazơ, để chỉ rõ nồng độ của các ion khác nhau thay đổi như thế nào khi chúng phân ly hoặc thủy phân tương ứng chất hòa tan.
Trường hợp 1: Axit mạnh
Để tính pOH của dung dịch axit mạnh, chúng ta bắt đầu từ nồng độ mol của axit và phương trình phân ly của nó. Với nồng độ ban đầu của axit, nồng độ của proton hoặc ion hydroni trong dung dịch được tính bằng phép cân bằng hóa học. Với nồng độ này, độ pH được xác định và sau đó giá trị này được sử dụng để tính pOH bằng phương trình trước đó.
Ví dụ 1: Xác định pOH của dung dịch axit clohidric 10-4 mol.
Axit clohydric, hay HCl, là một axit mạnh và phản ứng phân ly của nó được cho bởi:
Bảng ICE cho HCl, trong trường hợp này sẽ là:
| HCl | H2O _ _ | H3O + _ _ | Cl – | |
| nồng độ ban đầu | 10 -4M _ | — | 0 | 0 |
| Thay đổi | –10 -4M _ | — | +10 -4M _ | +10 -4M _ |
| Tập trung vào sự cân bằng | 0 | — | 10 -4M _ | 10 -4M _ |
Như có thể thấy, nó bắt đầu từ nồng độ bằng không của các ion hydronium và clorua. Tất cả HCl sau đó được phân tách hoàn toàn, sau đó 10 -4 M của cả ion hydroni và ion clorua được hình thành, do đó, ở trạng thái cân bằng, không còn HCl và nồng độ ion hydroni là 10 -4 m .
Sử dụng định nghĩa của pH:
Cuối cùng, pOH được tính bằng cách trừ đi độ pH từ 14:
Đúng như dự đoán, pOH của dung dịch lớn hơn 7, điều này phù hợp với thực tế là chất tan là một axit.
Trường hợp 2: Căn cứ vững chắc
Trong trường hợp các bazơ mạnh, quá trình này trực tiếp hơn một chút, vì bazơ khi hòa tan sẽ trực tiếp tạo ra các ion hydroxit. Chúng được xác định bằng phép cân bằng hóa học với sự trợ giúp của bảng ICE, và cuối cùng công thức được áp dụng để tính trực tiếp pOH.
Ví dụ 2: Xác định pOH của dung dịch natri hiđroxit 10-3 mol.
Natri hydroxit, hay NaOH, là một bazơ mạnh và phản ứng phân ly của nó được cho bởi:
Bảng ICE cho NaOH, trong trường hợp này là:
| NaOH | không + | ồ- _ | |
| nồng độ ban đầu | 10 -3M _ | 0 | 0 |
| Thay đổi | –10 -3M _ | +10 -3M _ | +10 -3M _ |
| Tập trung vào sự cân bằng | 0 | 10 -3M _ | 10 -3M _ |
Một lần nữa, nó bắt đầu từ nồng độ bằng không của các ion natri và hydroxit. Sau đó, tất cả NaOH được phân ly hoàn toàn vì nó là một bazơ mạnh, sau đó 10 -3 M của cả ion natri và ion hydroxit được hình thành, do đó, khi đạt đến trạng thái cân bằng, không còn NaOH và nồng độ của các ion hydroxit là 10 – 3M .
Bây giờ, sử dụng định nghĩa của pOH:
Trong trường hợp này, pOH nhỏ hơn 7, đồng ý với thực tế rằng nó là một bazơ.
Trường hợp 3: Axit yếu
Quy trình chung để tính pOH của dung dịch axit yếu tuân theo các bước tương tự như trong trường hợp axit mạnh, với điểm khác biệt là chúng ta không thể lấy trực tiếp nồng độ hydronium từ bảng ICE, vì chúng ta không biết phần nào của axit phân ly trước khi đạt đến trạng thái cân bằng.
Dựa trên những điều trên, một bước bổ sung phải được bao gồm trong quy trình bao gồm giải quyết vấn đề cân bằng để tìm nồng độ cuối cùng của các ion hydronium. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hằng số phân ly của axit yếu.
Ví dụ 3: Xác định pOH của dung dịch axit axetic 10-4 mol biết rằng nó có hằng số phân li axit là 1,75.10-5.
Axit axetic là một axit hữu cơ yếu và phản ứng phân ly của nó được cho bởi cân bằng hóa học sau:
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 có bao nhiêu axit thực sự phân ly, nên sự thay đổi nồng độ của nó phải được biểu thị dưới dạng một ẩn số (x).
| hắc | H2O _ _ | H3O + _ _ | Ac – | |
| nồng độ ban đầu | 10 -4M _ | — | 0 | 0 |
| Thay đổi | –X | — | +X | +X |
| Tập trung vào sự cân bằng | 10 -4 –X | — | X | X |
Để tìm ẩn số X, chỉ cần sử dụng mối quan hệ giữa nồng độ của tất cả các loài ở trạng thái cân bằng, được cho bởi hằng số axit:
Phương trình này có thể được viết lại như sau:
đó là phương trình bậc hai có thể giải dễ dàng bằng công thức bậc hai hoặc sử dụng máy tính khoa học có hàm thích hợp. Giải pháp của phương trình này, sau khi thay thế giá trị của hằng số axit, là:
Bây giờ, sử dụng nồng độ ion hydronium này, chúng tôi tính toán độ pH và với pOH này, như chúng tôi đã làm trước đây.
Cuối cùng, pOH được tính bằng cách trừ đi độ pH từ 14:
Lưu ý rằng trong trường hợp này, pOH có tính axit yếu hơn so với HCl, mặc dù cả hai axit đều có cùng nồng độ. Điều này là do đây là một axit yếu trong khi axit kia là một axit mạnh.
Trường hợp 4: Nền móng yếu
Việc tính toán pOH của bazơ yếu kết hợp những gì được áp dụng trong trường hợp bazơ mạnh và axit yếu, cụ thể là cân bằng hóa học phải được giải quyết như trong bước thứ hai, nhưng nồng độ OH được lấy trực tiếp – và sau đó tính pOH như trong đầu tiên.
Ví dụ 4: Xác định pOH của dung dịch chứa 10 -2 mol anilin biết rằng nó có hằng số bazơ là 7,4.10 -10 .
Một lần nữa, chúng ta bắt đầu từ phản ứng phân ly bazơ, nhưng trong trường hợp này là bazơ yếu nên trạng thái cân bằng sau đây được thiết lập:
Để đơn giản, anilin được biểu diễn dưới dạng bazơ chung B. Bảng ICE được điền tương tự như trường hợp trước:
| b. | H2O _ _ | BH + | ồ- _ | |
| nồng độ ban đầu | 10 -2M _ | — | 0 | 0 |
| Thay đổi | –X | — | +X | +X |
| Tập trung vào sự cân bằng | 10 -2 –X | — | X | X |
Một lần nữa, ẩn số X được tìm thấy bằng hằng số cơ bản:
Như trước đây, phương trình này có thể được viết lại thành phương trình bậc hai:
giải pháp của ai là:
Với nồng độ này, chúng ta có thể tính trực tiếp pOH:
Đây là giá trị pOH có tính kiềm hoặc bazơ, có thể dự đoán rằng đây là dung dịch anilin là một bazơ. Tuy nhiên, có thể lưu ý rằng, mặc dù thực tế là anilin trong dung dịch này đậm đặc hơn 100 lần so với natri hydroxit trong dung dịch cơ bản trước đó, nhưng nồng độ của các ion hydroxit nhỏ hơn 365 lần, đó là kết quả của thực tế là nó là một cơ sở yếu đáng kể.
Trường hợp 5: Tính pOH của hệ đệm hoặc dung dịch đệm pH
Dung dịch đệm là hỗn hợp của một axit yếu và một muối của bazơ liên hợp của nó, hoặc của một bazơ yếu và một muối của axit liên hợp của nó. Trong cả hai trường hợp, pH và pOH có thể được tính bằng phương trình Henderson-Hasselbalch. Phương trình này có hai dạng tùy thuộc vào việc nó là axit yếu và bazơ liên hợp của nó hay bazơ yếu và axit liên hợp của nó:
Hệ đệm axit/bazơ liên hợp yếu:
Hệ đệm bazơ yếu/axit liên hợp:
trong đó pKa và pKb tương ứng là logarit cơ số mười âm của hằng số tính axit và tính bazơ.
Ví dụ 5: Xác định pOH của dung dịch đệm chứa axit axetic 0,5 M và natri axetat 0,3 M, biết hằng số axit của axit axetic là 1,75.10 -5 .
Hệ thống này tương ứng với một dung dịch đệm axit yếu với muối của bazơ liên hợp của nó, vì vậy trong trường hợp này, dạng đầu tiên của phương trình Henderson-Hasselbalch được sử dụng để tính pH và chỉ khi đó pOH mới được tính. Nồng độ phân tích của axit và muối ( axit C và muối C ) có thể được coi là giá trị gần đúng của nồng độ tương ứng của các loại này ở trạng thái cân bằng:
Ví dụ 6: Xác định pOH của dung dịch đệm chứa amoniac 0,3 M và amoni clorua 0,5 M, biết rằng hằng số bazơ của amoniac là 1,8.10 -5 .
Đây là trường hợp ngược lại với trường hợp trước. Bộ đệm này tương ứng với một bazơ yếu với muối của axit liên hợp của nó. Sử dụng dạng thứ hai của phương trình Henderson-Hasselbalch, pOH có thể được xác định trực tiếp:
Người giới thiệu
ăn mòn. (2018, ngày 5 tháng 11). pOH. Lấy từ https://www.corrosionpedia.com/definition/895/poh
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.
Covington, AK (1985, ngày 1 tháng 1). Định nghĩa thang đo pH, giá trị tham chiếu tiêu chuẩn, phép đo pH và thuật ngữ liên quan (Khuyến nghị 1984). Lấy từ https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/pac198557030531/html
Helmenstine, A. (2021, ngày 5 tháng 8). pOH là gì? Định nghĩa và Tính toán. Lấy từ https://sciencenotes.org/what-is-poh-definition-and-calculation/
