Cytat

Znajdujesz się na stronie poświęconej chemii - i to szeroko pojętej. Zamieszczam tu materiały przydatne zarówno w liceum i gimnazjum, jak i na studiach. Oprócz tego znajdziesz tu opisy interesujących doświadczeń, a nawet kilka notek historycznych. Zapraszam!

pH, iloczyn rozpuszczalności

pH i iloczyn jonowy wody

Skala pH – ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych. Skala ta jest oparta na aktywności jonów wodorowych [H+] w roztworach wodnych.
Tradycyjnie pH definiuje się jako:
\[ pH = -log_{10}[H^{+}] \]
czyli ujemny logarytm dziesiętny aktywności jonów hydroniowych wyrażonych w molach na decymetr sześcienny. Współcześnie jednak nie jest to ścisła definicja tej wielkości.
Pojęcie pH wprowadził duński biochemik Søren Sørensen w 1909 r. Oryginalnie pH zostało zdefiniowane jako ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych (H+). Współczesne badania wykazały jednak, że wolne jony wodorowe (wolny proton) nigdy nie występują w roztworach wodnych, gdyż ulegają natychmiast solwatowaniu według równania:
\[ H^{+} + H_{2}O → H_{3}O^{+} \]
W wielu podręcznikach jednak, dla uproszczenia, pomija się ten fakt i nadal podaje się starą definicję skali pH.
Iloczyn jonowy wody wiąże ze sobą stężenia jonów H+ oraz OH- w niezbyt stężonych roztworach wodnych. A przez to również pH i pOH.
\[ [H^{+}] ⋅ [OH^{-}] = 10^{-14}\\ pH + pOH = 14 \]

Przykład 1

Oblicz pH roztworu kwasu solnego jeśli wiesz, że stężenie jonów wodorowych w tym roztworze wynosi 0,0034 M.
  1. Wszystkie potrzebne dane mamy już tak naprawdę podane w zadaniu. Wartość pH oblicza się na podstawie stężenia jonów wodorowych i to właśnie nam podano. \[ HCl \rightarrow H^{+} + Cl^{-}\\ [H^{+}] = 0,0034 M\\ pH = -log(0,0034) = 2,47 \]
  2. Pozostaje tylko sformułować odpowiedź: pH tego kwasu wynosi 2,47.

Przykład 2

Oblicz stężenie roztworu NaOH jeśli wiesz, że jego pOH wynosi 6.
  1. Najpierw zaczniemy od obliczenia stężenia jonów OH-. \[ pOH = 6\\ [OH^{-}] = 10^{-6} M \]
  2. Następnie weźmiemy się za stężenie zasady sodowej. Wiemy, że jest ona mocną zasadą i dysocjuje całkowicie w roztworze wodnym, dlatego wiadomo, że stężenie jonów wodorotlenkowych jest takie samo, jak stężenie samej zasady. \[ NaOH \rightarrow Na^{+} + OH^{-} \]
  3. Podajemy odpowiedź: Stężenie tego roztworu wynosi 10-6M.

Przykład 3

Przygotowano roztwór zasady potasowej o stężeniu 0,025 M. Oblicz pH takiego roztworu.
  1. Piszemy równanie reakcji i obliczamy stężenie jonów wodorotlenkowych. Ponieważ KOH to mocna zasada, ulega ona całkowitej dysocjacji i jej stężenie jest równe stężeniu jonów OH-. \[ KOH \rightarrow K^{+} + OH^{-}\\ [OH^{-}] = 0,025 M \]
  2. Obliczamy pOH. \[ pOH = -log(0,025) = 1,6 \]
  3. Korzystając ze wzoru na iloczyn jonowy wody obliczamy pH roztworu. \[ pH = 14 - 1,6 = 12,4 \]
  4. Odpowiedź: pH tego roztworu wynosi 12,4.

Iloczyn rozpuszczalności

Iloczyn rozpuszczalności określa próg stężenia, jaki muszą przekroczyć składniki słabo rozpuszczalnej soli, by uległa ona wytrąceniu. Rozpuszczenie się soli jest równoznaczne z jej dysocjacją, dlatego jeśli mamy sól prostą typu AB, to dysocjuje ona zgodnie z równaniem:
\[ AB \rightleftarrows A^{n+} + B^{n-} \]
Wtedy wyrażenie na iloczyn rozpuszczalności można przedstawić następująco:
\[ K_{SO} = [A^{n+}] ⋅ [B^{n-}], \]
gdzie [An+] i [Bn- to stężenia molowe An+ i Bn- w nasyconym roztworze soli AB.
Spójrzmy jednak na bardziej złożony przykład. Niech nasza sól będzie solą złożoną typu AmBn. Wtedy dysocjuje ona zgodnie z równaniem:
\[ A_{m}B_{n} \rightleftarrows mA^{n+} + nB^{m-} \]
Wyrażenie na iloczyn rozpuszczalności prezentuje się teraz następująco:
\[ K_{SO} = [A^{n+}]^{m} ⋅ [B^{m-}]^{n} \]
Ogólnie - jeśli iloczyn stężeń jonów zawartych w roztworze przekracza wartość iloczynu rozpuszczalności soli, to osad ten ulegnie wytrąceniu. Jeśli tak nie jest - osad się nie wytrąci.

Przykład 4

Węglan strontu rozpuszczono w wodzie, otrzymując roztwór nasycony. Oblicz, jakie jest stężenie jonów węglanowych i Sr2+ wiedząc, że iloczyn rozpuszczalności SrCO3 wynosi 6,3 ⋅ 10-10.
  1. Jak w większości zadań z chemii, zaczynamy od równania reakcji dysocjacji rozważanej soli oraz wyrażenia na iloczyn rozpuszczalności. \[ SrCO_{3}↓ \rightleftarrows Sr^{2+} + CO_{3}^{2-}\\ K_{SO} = [Sr^{2+}] ⋅ [CO_{3}^{2-}] \]
  2. Ustalamy zależności między stężeniami obu jonów. Ponieważ w rozpuszczanej soli stosunek obu składników jest jak 1:1 to i stężenia jonów będą sobie równe. \[ [Sr^{2+}] = [CO_{3}^{2-}] = x \]
  3. Obliczamy stężenie jonu. \[ K_{S0} = x^{2}\\ x = \sqrt[2]{K_{S0}} = \sqrt[2]{6,3 \cdot 10^{-10}}\\ x = 2,51 \cdot 10^{-5} M \\ [CO^{-2}_{3}] = 2,51 \cdot 10^{-5} M \]
  4. Odpowiedź: stężenie jonów węglanowych i Sr2+ wynosi 2,51 ⋅ 10-5 M każdy.

Przykład 5

W dużej zlewce zmieszano 1 dm3 0,1-molowego roztworu Pb(NO3)2 z taką samą objętością 0,1-molowego roztworu KBr. Wiedząc, że iloczyn rozpuszczalności PbBr2 wynosi 2 ⋅ 10-5 oblicz, czy wytrąci się osad soli.
  1. Zaczynamy od obliczenia stężenia interesujących nas jonów w roztworze. Musimy pamiętać, że po zmieszaniu roztworów ulegają one rozcieńczeniu.
  2. Zapisujemy równanie reakcji oraz wzór na iloczyn rozpuszczalności. \[ Pb^{2+} + 2 Br^{-} → PbBr_{2}↓\\ K_{SO} = [Pb^{2+}] ⋅ [Br^{-}]^{2} \]
  3. Obliczamy iloczyn stężeń w nowym roztworze. \[ C_{Pb^{2+}} ⋅ C_{Br^{-}}^{2} = 0,05 ⋅ 0,05^{2} = 1,25 ⋅ 10^{-4} \]
  4. Porównujemy obliczony iloczyn z iloczynem rozpuszczalności. \[ 1,25 ⋅ 10^{-4} > 2 ⋅ 10^{-5} \] Obliczony iloczyn jest większy, niż iloczyn rozpuszczalności. Osad ulegnie wytrąceniu.
  5. Odpowiedź: w przygotowanym roztworze osad się wytrąci.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz

© Agata | WS | x x.