Κατανόηση του Kw:Το Προϊόν ιόντων του Νερού στη Χημεία

Βασικές έννοιες – Ισορροπία Kw

Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε για την έννοια του Kw στη χημεία. Το Kw συνδυάζει εννοιολογική γνώση από κλάδους όπως η ισορροπία, τα οξέα/βάσεις και οι ιδιότητες του νερού για να σχηματίσει ένα χρήσιμο εργαλείο.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Τι είναι ένα ιόν;
• Τι είναι η σταθερά ισορροπίας;
• Τι είναι η αρχή του Le Chatelier;
• Τι είναι το pH;
• Φυσικές και χημικές ιδιότητες του νερού
  

Ισορροπία και αποσύνδεση

Για να κατανοήσουμε την έννοια του Kw στη χημεία, χρειαζόμαστε κάποιο υπόβαθρο για την ισορροπία. Στον κόσμο της χημείας, οι ουσίες αντιδρούν συνεχώς μεταξύ τους για να σχηματίσουν νέες ουσίες. Ωστόσο, οι αντιδράσεις δεν συνεχίζονται για πάντα. Οι αντιδράσεις είτε τελειώνουν από αντιδρώντα είτε φτάνουν στο σημείο ισορροπίας τους. Το σημείο ισορροπίας είναι ο λόγος της συγκέντρωσης των προϊόντων προς τη συγκέντρωση των αντιδρώντων.

Η ισορροπία είναι μια λεπτή ισορροπία μεταξύ προϊόντων και αντιδρώντων!

Τα υγρά και τα στερεά δεν έχουν πραγματικές συγκεντρώσεις, επομένως δεν περιλαμβάνονται σε αυτές τις αναλογίες. Κάθε αντίδραση έχει το δικό της σημείο ισορροπίας και μπορεί ακόμη και να αλλάξει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Για μια πιο εις βάθος ανασκόπηση της ισορροπίας, διαβάστε το άρθρο του ChemTalk!

Ένα άλλο σημαντικό θέμα που πρέπει να κατανοήσουμε είναι η αποσύνδεση. Ορισμένες ουσίες, όταν αναμειγνύονται με έναν διαλύτη (συνήθως νερό), θα διασπαστούν στα ιόντα από τα οποία αποτελούνται. Για παράδειγμα, όταν το αλάτι διαλύεται στο νερό, διασπάται σε Na+ και Cl–. Αυτό το ονομάζουμε αποσυνδετικό. Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα σχετικά με το ποιες ενώσεις αποσυνδέονται περισσότερο, διαβάστε το άρθρο του ChemTalk για τα ισχυρά οξέα και τις βάσεις!

Το Kw είναι η σταθερά ισορροπίας για την αντίδραση διάστασης των ιόντων του νερού. Το Kw είναι ακριβώς όπως κάθε άλλη σταθερά ισορροπίας, αλλά αντί για Keq γράφεται ως Kw. Αυτή η ιδέα μπορεί να ακούγεται σύγχυση στην αρχή, αλλά μπορούμε να τη χωρίσουμε για να την κάνουμε πιο απλή. Η σταθερά ισορροπίας είναι ο λόγος της συγκέντρωσης του προϊόντος προς τη συγκέντρωση του αντιδρώντος, ενώ η αποσύνδεση αναφέρεται απλώς σε ένα μόριο που διασπάται στο νερό.

Το νερό διασπάται ως εξής:

Επομένως, η σταθερά ισορροπίας του νερού μπορεί να αναπαρασταθεί από την ακόλουθη εξίσωση:

Θυμηθείτε, το H2O δεν είναι παράγοντας σε αυτή τη σταθερά ισορροπίας επειδή είναι ένα καθαρό υγρό. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε δέκα τρισεκατομμύρια μόρια νερού, υπάρχει ένα ζεύγος ιόντων Η+ και ΟΗ–! Όταν ένα οξύ ή μια βάση εισάγεται στο νερό, μπορεί να αλλάξει τη συγκέντρωση οποιουδήποτε από αυτά τα ιόντα, τα οποία με τη σειρά τους αλλάζουν το pH.

Kw σε υπολογισμούς pH

Κατά τον υπολογισμό του pH, συχνά αναφερόμαστε στο γεγονός ότι οι συγκεντρώσεις των Η+ και ΟΗ– πολλαπλασιάζονται πάντα σε 10-14. Το νερό από μόνο του είναι ουδέτερο, δηλαδή οι συγκεντρώσεις του H3O+ και του OH– είναι ίδιες (10-7). Ο τύπος για τη συγκέντρωση των ιόντων Η+ μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Εάν χρειάζεστε μια ανανέωση σχετικά με το πώς λειτουργούν οι υπολογισμοί του pH, διαβάστε το άρθρο του ChemTalk για το pH! Μερικές φορές, ενώ κάνετε προβλήματα εξάσκησης, θα σας δοθεί η συγκέντρωση ιόντων ΟΗ– αντί για Η+. Τώρα που έχουμε την εννοιολογική γνώση του Kw, αυτό δεν είναι πρόβλημα! Μπορούμε απλά να διαιρέσουμε τη συγκέντρωση του ΟΗ– με την τιμή του Kw (10-14) για να πάρουμε τη συγκέντρωση του Η+.

Πρόβλημα εξάσκησης

Ας κάνουμε ένα γρήγορο πρόβλημα εξάσκησης για να εξαλείψουμε πραγματικά την ικανότητα.

Ένα υδατικό διάλυμα έχει συγκέντρωση ιόντων υδροξειδίου 2,5 x 10-5 Μ. Υπολογίστε το pH του διαλύματος. Είναι όξινο ή βασικό;

Για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα, πρέπει πρώτα να βρούμε τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου στο διάλυμα. Δεδομένου ότι είναι υδατικό διάλυμα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε Kw.

Τώρα, μπορούμε να υπολογίσουμε το pH χρησιμοποιώντας τον τύπο pH.

Επομένως, το pH του διαλύματος είναι 9,4 και είναι βασικό.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τους σύνθετους υπολογισμούς του pH, διαβάστε λίγο περισσότερο τους πίνακες ICE.
• Για ένα υπέροχο κόλπο υπολογισμού του pH, παρακολουθήστε αυτό το βίντεο (Υ.Γ. – δεν θα χρειαστείτε την αριθμομηχανή σας!)
• Για να δείτε ένα ενδιαφέρον πείραμα