pH reprezentuje potencjał jonów wodorowych, a pOH jest potencjałem jonów hydroksylowych roztworów.
Są to skale logarytmiczne służące do pomiaru kwasowości i zasadowości próbki.
Tworzące je wartości wahają się od 0 do 14 i zostały uzyskane z bilansu jonowego wody.
Neutralny roztwór ma pH 7. Wartości poniżej 7 klasyfikują roztwory jako kwaśne, natomiast po 7 roztwory są podstawowe.
Dzięki wartości pH można znaleźć odpowiednią wartość w skali pOH, po prostu dokonując odejmowania.
Bilans wody jonowej
Cząsteczka wody ma zdolność jonizacji zgodnie z równaniem:
Tutaj mamy równowagę jonową, ponieważ proces jest odwracalny i jony mogą również łączyć się i ponownie tworzyć cząsteczkę wody.
Innym sposobem zademonstrowania równowagi, która występuje, jest through autojonizacja.
Cząsteczka wody wygenerowała jony hydroniowe (H3O+) i hydroksyl (OH-) poprzez rozerwanie drugiej cząsteczki.
Iloczyn jonowy wody (Kw)
Stała równowagi jonowej wody wynosi:
Ponieważ woda jest czystą cieczą, jej stężenie przyjmuje się jako 1 i nie wpływa na stałą wartość. Dlatego wyrażenie staje się:
O produkt jonowy woda é .
To wyrażenie otrzymuje symbol Kw (W pochodzi od angielskiego słowa woda - woda) i podobnie jak stała równowagi zmienia się wraz z temperaturą.
Oznaczanie pH i pOH
W temperaturze 25°C produktem jonowym wody jest:
W jonizacji czystej wody 1 mol H3O+ powstaje z 1 mola OH- .
Wkrótce,
Ponieważ wartości te są wyjątkowo niskie, zdecydowano się na użycie wartości kolo- rytmów, które odpowiadają logarytmowi z zamienionym znakiem.
Stosując kologarytm do produktu jonowego wody, musimy:
Możemy zaobserwować, że: jeśli znamy pH roztworu, wartość pOH można znaleźć odejmując pierwszą wartość od 14.
Kwasowość i zasadowość roztworów
Neutralny roztwór: stężenie jonów hydroniowych jest równe stężeniu hydroksyli.
| [H3O+] = 1,0. 10-7 mol/L | pH = 7 |
| [O-] = 1,0. 10-7 mol/L | pOH = 7 |
Przykład: czysta woda.
kwasowy roztwór: stężenie jonów hydroniowych jest większe niż hydroksyli.
| [H3O+] |
pH |
| [O-] |
pOH |
Przykład: soda, cytryna i pomidor.
podstawowe rozwiązanie: stężenie hydroksyli jest większe niż jonów hydroniowych.
| [H3O+] |
pH |
| [O-] |
pOH |
Przykład: jajko, mydło i wybielacz.
Obliczanie pH
Koncepcja potencjału hydrogenicznego została stworzona przez duńskiego chemika Petera Lauritza Sorensena (1868-1939), aby wyrazić kwasowość roztworu poprzez stężenie H+.
Zobacz poniższą tabelę przedstawiającą jonizację a kwas:
| Molarność początkowa | 0,020 | 0 | 0 |
| jonizacja | 0,001 | 0,001 | 0,001 |
| Molarność w równowadze | 0,019 | 0,001 | 0,001 |
W przykładzie mamy, że stężenie jonów H+ é 0,001. Dlatego pH roztworu wynosi:
[H+] = 0,001 = 10-3
pH = - log 10-3 = 3
Ponieważ pH roztworu jest mniejsze niż 7, roztwór ten jest kwaśny.
Podsumowanie pH i pOH
| Definicje | pH: potencjał jonów wodorowych roztworu. | |
|---|---|---|
| pOH: potencjał hydroksylowy roztworu. | ||
| ogólna formuła | pH + pOH = 14 | |
| Rozwiązania | Neutralny | pH = pOH = 7 |
| kwaśny |
pH pOH > 7 |
|
| podstawy |
pOH pH > 7 |
|
| Obliczanie pH | pH = - log [H+] | |
| Obliczanie pOH | pOH = -log[OH-] |
Ćwiczenia na pH i pOH
1. (FMTM) pH soku żołądkowego, wodnego roztworu kwasu solnego (HCℓ), wynosi około 2. Zatem masa w gramach HC występującego w każdym litrze soku żołądkowego wynosi
Dane: Masy molowe (g/mol) H = 1, Cℓ = 35,5
a) 7,3 · 10-2
b) 3,65 · 10-1
c) 10-2
d) 2
e) 10
Prawidłowa alternatywa: b) 3,65 · 10-1.
Krok 1: oblicz stężenie jonów H+.
Drugi krok: oblicz masę molową HCl.
Trzeci krok: oblicz masę kwasu solnego w każdym litrze soku żołądkowego.
2. (UEMG) Kilka środków czyszczących zawiera w swoim składzie amoniak. Etykieta jednego z tych produktów wskazuje pH = 11. Oznacza to, że stężenie kationów hydroksonu i anionów hydroksylowych w tym produkcie wynosi odpowiednio:
do 1. 10-3 i 1. 10-11
b) 1. 10-11 i 1. 10-7
c) 1. 10-11 i 1. 10-3
d) 1. 10-11 i 1. 10-11
Prawidłowa alternatywa: c) 1. 10-11 i 1. 10-3.
Źle. Stężenia te odpowiadają roztworowi o pH = 3.
b) ŹLE. Chociaż stężenie H+ wskazują, że pH roztworu wynosi 11, stężenie jonów OH- jest błędne, ponieważ powinno być 3, ponieważ: pOH = 14 - pH.
c) PRAWIDŁOWE. pH = 11 i pOH = 3, ponieważ pH + pOH = 14.
d) ŹLE. Chociaż stężenie H+ wskazują, że pH roztworu wynosi 11, stężenie jonów OH- jest błędne, ponieważ powinno być 3, ponieważ: pOH = 14 - pH.
a) 0,1 mol/l NaOH
b) NaCl 0,5 mol/L
c) H2TYLKO4 1,0 mol/L
d) 1,0 mol/l HCl
e) 0,2 mol/l KOH
Właściwa alternatywa: e) KOH 0,2 mol/L.
Źle. Roztwór jest zasadowy, ponieważ jego pH jest większe niż 7, ale nie ma wyższego pH niż alternatywy.
b) ŹLE. NaCl jest solą, ponieważ jest produktem reakcji mocnego kwasu i zasady. Dlatego jego pH jest neutralne.
c) ŹLE. Kwas siarkowy jest mocnym kwasem, więc jego pH jest niskie.
d) ŹLE. Kwas solny jest mocnym kwasem, więc jego pH jest niskie.
e) PRAWIDŁOWE. Roztwór jest zasadowy, ponieważ jego pH jest większe niż 7.
