Πώς να υπολογίσετε το pH ενός ασθενούς οξέος

Ο υπολογισμός του pH ενός ασθενούς οξέος είναι λίγο πιο περίπλοκος από τον προσδιορισμό του ρΗ του a ισχυρό οξύ γιατί τα αδύναμα οξέα δεν διαχωρίζονται πλήρως στο νερό. Ευτυχώς, το τύπος για τον υπολογισμό του pH είναι απλή. Ακολουθεί αυτό που κάνετε.

Λέξεις κλειδιά: pH ενός αδύναμου οξέος

Ποιο είναι το pH ενός διαλύματος βενζοϊκού οξέος 0,01 Μ;

Δεδομένος: βενζοϊκό οξύ κ_ένα= 6.5 χ 10^-5

Το βενζοϊκό οξύ διασπάται σε νερό ως:

ντο₆H₅COOH → Η⁺ + C₆H₅ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ^-

Ο τύπος για το K_ένα είναι:

κ_ένα = [Η⁺][ΣΙ^-] / [HB]

που:
[Η⁺] = συγκέντρωση Η⁺ ιόντα
[ΣΙ^-] = συγκέντρωση ιόντων βασικής σύζευξης
[HB] = συγκέντρωση μορίων μη διασπασμένων οξέων
για μια αντίδραση ΗΒ → Η⁺ + Β^-

Το βενζοϊκό οξύ διαχωρίζει ένα Η⁺ ιόντων για κάθε C₆H₅ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ^- ιόν, έτσι [Η⁺] = [C₆H₅ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ^-].

Έστω x αντιπροσωπεύει τη συγκέντρωση του Η⁺ που διαχωρίζεται από την HB, τότε [HB] = C - x όπου C είναι η αρχική συγκέντρωση.

Καταχωρίστε αυτές τις τιμές στο κ_ένα εξίσωση:

κ_ένα = χ · χ / (C-χ)
κ_ένα = x2 / (C-x)
(C-x) Κ_ένα = x2
x2 = CK_ένα - xK_ένα
x2 + K_έναx - CK_ένα = 0

Λύστε για το x χρησιμοποιώντας την τετραγωνική εξίσωση:

x = [-b ± (b2-4ac)^½] / 2α

x = [-Κ_ένα + (Κ_ένα² + 4CK_ένα)^½]/2

** Σημείωση ** Τεχνικά, υπάρχουν δύο λύσεις για το x. Δεδομένου ότι το x αντιπροσωπεύει συγκέντρωση ιόντων σε διάλυμα, η τιμή για το x δεν μπορεί να είναι αρνητική.

Εισαγάγετε τιμές για το K_ένα και C:

κ_ένα = 6.5 χ 10^-5
C = 0,01 Μ

x = {6,5 x 10^-5 + [(6,5 χ 10^-5) 2 + 4 (0.01) (6.5 χ 10^-5)]^½}/2
x = (-6,5 χ 10^-5 + 1.6 χ 10^-3)/2
x = (1,5 χ 10^-3)/2
x = 7,7 χ 10^-4

Βρείτε το pH:

ρΗ = -log [Η⁺]

ρΗ = -log (χ)
ρΗ = -log (7,7 χ 10^-4)
ρΗ = - (- 3.11)
ρΗ = 3.11

Το ρΗ ενός διαλύματος βενζοϊκού οξέος 0,01 Μ είναι 3,11.

Πλέον αδύναμα οξέα μόλις διαχωριστεί σε λύση. Σε αυτή τη λύση βρήκαμε μόνο το οξύ διαχωρίζονται κατά 7,7 χ 10^-4 Μ. Η αρχική συγκέντρωση ήταν 1 χ 10^-2 ή 770 φορές ισχυρότερη από τη διαχωρισμένη συγκέντρωση ιόντων.

Οι τιμές για το C-x τότε, θα ήταν πολύ κοντά στο C για να φαίνονται αμετάβλητες. Αν αντικαθιστούμε το C για το (C - x) στο K_ένα εξίσωση,

κ_ένα = x2 / (C-x)
κ_ένα = x² / C

Με αυτό, δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε το τετραγωνική εξίσωση για την επίλυση για το x:

x² = K_ένα·ΝΤΟ

x 2 = (6,5 χ 10^-5)(0.01)
x2 = 6,5 x 10^-7
χ = 8,06 χ 10^-4

Βρείτε το pH

ρΗ = -log [Η⁺]

ρΗ = -log (χ)
ρΗ = -log (8,06 χ 10^-4)
ρΗ = - (- 3.09)
ρΗ = 3,09

Σημειώστε ότι οι δύο απαντήσεις είναι σχεδόν ίδιες με μόνο τη διαφορά 0,02. Επίσης, παρατηρούμε ότι η διαφορά μεταξύ της x της πρώτης μεθόδου και της x της δεύτερης μεθόδου είναι μόνο 0.000036 M. Για τις περισσότερες εργαστηριακές καταστάσεις, η δεύτερη μέθοδος είναι "αρκετά καλή" και πολύ απλούστερη.

Ελέγξτε την εργασία σας πριν αναφέρετε μια τιμή. Το pH ενός ασθενούς οξέος πρέπει να είναι μικρότερο από 7 (όχι ουδέτερο) και είναι συνήθως μικρότερο από την τιμή για ένα ισχυρό οξύ. Σημειώστε ότι υπάρχουν εξαιρέσεις. Για παράδειγμα, το pH του υδροχλωρικού οξέος είναι 3,01 για διάλυμα 1 mM, ενώ το pH ρΗ του υδροφθορικού οξέος είναι επίσης χαμηλή, με τιμή 3,27 για διάλυμα 1 mM.

• Bates, Roger G. (1973). Προσδιορισμός του pH: θεωρία και πρακτική. Wiley.
• Covington, Α. Κ.; Bates, R. ΣΟΛ.; Durst, R. ΕΝΑ. (1985). "Ορισμοί της κλίμακας pH, πρότυπες τιμές αναφοράς, μέτρηση του pH και σχετική ορολογία". Pure Appl. Chem. 57 (3): 531–542. doi:10.1351 / pac198557030531
• Housecroft, C. ΜΙ.; Sharpe, Α. ΣΟΛ. (2004). Ανόργανη Χημεία (2η έκδ.). Prentice Hall. ISBN 978-0130399137.
• Myers, Rollie J. (2010). "Εκατοντάδες χρόνια pH". Εφημερίδα της Χημικής Εκπαίδευσης. 87 (1): 30–32. doi:10.1021 / ed800002c
• Miessler G. ΜΕΓΑΛΟ.; Tarr D .A. (1998). Ανόργανη Χημεία (2η έκδοση). Prentice-Hall. ISBN 0-13-841891-8.