Πώς να υπολογίσετε το pH – Τύπος και παραδείγματα

Στη χημεία, το pH είναι ένας αριθμός που αντιστοιχεί στην οξύτητα ή τη βασικότητα (αλκαλικότητα) ενός υδατικού διαλύματος. Η κλίμακα pH κανονικά κυμαίνεται από 0 έως 14. Μια τιμή pH 7 είναι ουδέτερη. Αυτό είναι το pH του καθαρού νερού. Τιμές μικρότερες από 7 είναι όξινες, ενώ αυτές μεγαλύτερες από 7 βασικές. Ακολουθεί μια γρήγορη ανασκόπηση του τρόπου υπολογισμού του pH. Περιλαμβάνει τύπους για την εύρεση του pH και παραδείγματα που δείχνουν πώς να τα χρησιμοποιήσετε.

Τύπος υπολογισμού pH

Ο τύπος για τον υπολογισμό του pH είναι:

pH =-log[H]

Οι αγκύλες [] αναφέρονται στη μοριακότητα, M. Η μοριακότητα δίνεται σε μονάδες moles ανά λίτρο διαλύματος. Σε ένα πρόβλημα χημείας, μπορεί να σας δοθεί συγκέντρωση σε άλλες μονάδες. Για να υπολογίσετε το pH, μετατρέψτε πρώτα τη συγκέντρωση σε μοριακότητα. Ο ευκολότερος τρόπος για να εκτελέσετε τον υπολογισμό σε μια επιστημονική αριθμομηχανή είναι να εισαγάγετε τις συγκεντρώσεις ιόντων υδρογόνου, πατήστε το πλήκτρο καταγραφής (όχι το κλειδί ln, που είναι φυσικός λογάριθμος), και μετά πάρτε το αρνητικό της τιμής. Ενώ είναι πιθανό το αρνητικό pH, η απάντησή σας θα είναι σχεδόν πάντα θετικός αριθμός.

Απλά παραδείγματα υπολογισμού pH

Ακολουθούν απλά παραδείγματα προβλημάτων που δείχνουν πώς να υπολογίσετε το pH όταν δίνεται συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου.

Παράδειγμα 1

Υπολογίστε το pH δεδομένου [H] =1,4 x 10 M

Απάντηση:

pH =-log₁₀ [Η]
pH =-log₁₀ (1,4 x 10)
pH =4,85

Παράδειγμα 2

Βρείτε το pH εάν η συγκέντρωση Η είναι 0,0001 moles ανά λίτρο.

Εδώ βοηθάει να ξαναγράψετε τη συγκέντρωση χρησιμοποιώντας επιστημονική σημείωση ως 1,0 x 10 M. Αυτό κάνει τον τύπο:pH =-(-4) =4. Ή, θα μπορούσατε απλώς να χρησιμοποιήσετε μια αριθμομηχανή για να πάρετε το αρχείο καταγραφής. Αυτό σας δίνει:

Απάντηση:

pH =– log (0,0001) =4

Υπολογίστε το pH ενός ισχυρού οξέος

Μερικές φορές δεν σας δίνεται η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, επομένως πρέπει να την καταλάβετε από τη χημική αντίδραση ή τη συγκέντρωση των αντιδρώντων ή προϊόντων. Εάν έχετε ισχυρό οξύ, αυτό είναι εύκολο γιατί τα ισχυρά οξέα διασπώνται πλήρως στα ιόντα τους. Με άλλα λόγια, η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου είναι ίδια με τη συγκέντρωση οξέος.

Παράδειγμα

Βρείτε το pH ενός διαλύματος υδροχλωρικού οξέος 0,03 M, HCl.

Απάντηση:

Το υδροχλωρικό οξύ είναι ένα ισχυρό οξύ, επομένως:

[H]=0,03 M
pH =– log (0,03)
pH =1,5

Για βάσεις, ασθενή οξέα και ασθενείς βάσεις, ο υπολογισμός είναι ελαφρώς περισσότερο εμπλεκόμενος. Εδώ, χρησιμοποιείτε pOH, pK_a , και pK_b .

Βρείτε [H ] Από pH

Μπορείτε να αναδιατάξετε την εξίσωση pH για να βρείτε τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου [H] από το pH:

pH =-log₁₀ [Η]
[H] =10

Παράδειγμα

Υπολογίστε το [H] από ένα γνωστό pH. Βρείτε το [H] εάν pH =8,5

Απάντηση:

[H] =10
[H] =10
[H] =3,2 x 10 M

pH και K_w

Το pH σημαίνει «δύναμη υδρογόνου» επειδή η ισχύς ενός οξέος εξαρτάται από την ποσότητα του ιόντος υδρογόνου (Η) που απελευθερώνει σε υδατικά διαλύματα (με βάση το νερό). Κατά κάποιο τρόπο, το νερό λειτουργεί και ως οξύ και ως βάση επειδή διασπάται για να παράγει ένα ιόν υδρογόνου και ένα ιόν υδροξειδίου:

H₂ O ↔ H + OH

K_w είναι η σταθερά διάστασης του νερού.

K_w =[H][OH] =1x10 στους 25°C

Για καθαρό νερό:

[H] =[OH] =1×10

Έτσι, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το K_w τιμή για να προβλέψετε εάν ένα διάλυμα είναι οξύ ή βάση:

• Όξινο διάλυμα:[H]> 1×10
• Βασική λύση:[H] <1×10

Ελέγξτε την εργασία σας

Αποφύγετε κοινές παγίδες κατά τον υπολογισμό του pH:

• Χρησιμοποιήστε τον σωστό αριθμό σημαντικών ψηφίων. Στη χημεία, η χρήση λανθασμένου αριθμού ψηφίων μπορεί να μετρηθεί ως λανθασμένη απάντηση, ακόμα κι αν ρυθμίσετε σωστά το πρόβλημα.
• Αναμένετε μια απάντηση μεταξύ 0 και 14. Μπορεί να προκύψουν τιμές ελαφρώς μικρότερες από 0 και μεγαλύτερες από 14, αλλά δεν θα δείτε ποτέ pH -23 ή 150, για παράδειγμα.
• Σκεφτείτε εάν η απάντηση έχει νόημα. Ένα οξύ πρέπει να έχει τιμή μικρότερη από 7, ενώ μια βάση πρέπει να έχει pH μεγαλύτερο από 7.

Αναφορές

• Covington, A. K.; Bates, R. G.; Durst, R. Α. (1985). «Ορισμοί κλίμακες pH, τυπικές τιμές αναφοράς, μέτρηση pH και σχετική ορολογία». Pure Appl. Chem . 57 (3):531–542. doi:10.1351/pac198557030531
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Ποσότητες, μονάδες και σύμβολα στη Φυσικοχημεία (2η έκδ.) Oxford:Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8.
• Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. J. K. (2000). Ποσοτική Χημική Ανάλυση του Vogel (6η έκδ.). Νέα Υόρκη:Prentice Hall. ISBN 0-582-22628-7.