Back to chapter

15.6:

תמיסות חומצה ובסיס חזקים

JoVE 核
化学
需要订阅 JoVE 才能查看此.  登录或开始免费试用。
JoVE 核 化学
Strong Acid and Base Solutions

Languages

分享

חומצות חזקות מתפרקות לגמרי במים. לדוגמה, חומצה חנקתית מתפרקת לחלוטין ליוני הידרוניום וליוני חנקה. מכיוון שיוני ההידורניום שנוצרים מהיינון העצמי של המים הם זניחים, הריכוז של יוני ההידרוניום במים שווה לריכוז של החומצה חזקה.ה-pH בתמיסות אלו ניתן לחישוב באמצעות הריכוז ההתחלתי של החומצה החזקה. לדוגמה, בתמיסת 0.10 מולר HCl, ה-HCl תתפרק לגמרי ליוני הידרוניום ויוני כלוריד, ולכן ריכוז יוני ההידרוניום בתמיסה יהיו 0.10 מולר. על ידי חישוב הלוגריתם השלילי עבור ריכוז זה, ה-pH של התמיסה שווה לאחד.מהצד השני, ניתן להשתמש ב-pH של תמיסה כדי לחשב את ריכוז יוני ההידרוניום בה. לדוגמה, בתמיסה של 3.6 pH, ריכוז יוני ההידרוניום ניתן לחישוב בפתרון המשוואה 3.60 שווה ללוג השלילי של ריכוז יוני ההידרוניום. על מנת לחשב את הריכוז, מכפילים את שני הצדדים במינוס אחד, ומחשבים אנטי לוג לשני הצדדים.ריכוז יוני ההידרוניום שווה ל-2.5 כפול 10 בחזקת מינוס 4 מולר. בסיסים חזקים מהקבוצה הראשונה של מתכות הידרוקסידיות, כמו נתרן הידרוקסידי ואשלגן הידרוקסידי, מתפרקים לגמרי בתמיסה. לדוגמה, נתרן הידרוקסידי 0.20 מולר יתפרק לגמרי במים וייצור 0.20 מולר של יוני נתרן ו-0.20 מולר של יוני הידרוקסיד.אך הקבוצה השנייה של מתכות הידרוקסידיות, כמו בריום הידרוקסידי וסידן הידרוקסידי, מייצרת שני מולים של יוני הידרוקסיד לכל מול של בסיס. לדוגמה, 0.20 מולר של סידן הידרוקסיד יתפרקו לגמרי במים וייצרו 0.020 מולר יוני סידן ו-0.040 מולר יוני הידרוקסיד. אוקסידים של יוני מתכת, כמו נתרן אוקסידי וסידן אוקסידי, גם הם בסיסים חזקים.יון האוקסיד שלהם מגיב עם המים ויוצר יוני הידרוקסיד. ניתן להשתמש בריכוז של יוני הידרוקסיד לחישוב pOH ו-pH בתמיסה. לדוגמה, בתמיסה של אשלגן הידרוקסידי עם 5 כפול 10 בחזקת מינוס 5 מולר יש כמות שווה של יוני הידרוקסיד כבסיס חזק ולכן יש בה pOH של 4.3.כמו ב-pH, ניתן להשתמש ב-pOH של תמיסה לחישוב ריכוז יוני הידרוקסיד על ידי פתרון המשוואה:pOH שווה ללוג שלילי של ריכוז יוני ההידרוקסיד. מכיוון ש-pH ועוד pOH שווים ל-14 ו-pOH הוא 4.3, ה-pH של התמיסה הוא 9.7.

15.6:

תמיסות חומצה ובסיס חזקים

A strong acid is a compound that dissociates completely in an aqueous solution and produces a concentration of hydronium ions equal to the initial concentration of acid. For example, 0.20 M hydrobromic acid will dissociate completely in water and produces 0.20 M of hydronium ions and 0.20 M of bromide ions.

Eq1

On the other hand, a strong base is a compound that dissociates completely in an aqueous solution and produces hydroxide ions. For example, 0.015 M KOH, a group 1 metal hydroxide, will dissociate completely and produce 0.015 M of OH and 0.015 M of K+.

Eq2

Group 2 metal hydroxides, like barium hydroxide [Ba(OH)2] and strontium hydroxide [Sr(OH)2], are also strong bases and possess two hydroxide ions. This causes them to produce a more basic solution compared to NaOH or KOH at the same concentration. For example, 0.015 M Ba(OH)produces 0.015 M Baand 0.030 M hydroxide.

Eq3

As strong acids and bases dissociate completely, molar ratios can be used to determine their hydronium and hydroxide concentrations, which in turn can be used to calculate the pH or pOH of a solution. For example, a 0.030 M HCl solution will produce 0.03 M hydronium ions. Therefore the pH of this solution will be

Eq4

The pOH of the same solution can be determined using the formula

Eq5

As the pH of the solution is 1.52, its pOH can be calculated as

Eq6

Similarly, the concentration of hydroxide ions produced by strong bases can be used to determine the pOH of a solution using the equation

Eq7

The above equation can also be used to determine the hydroxide ion concentration when pOH is known. For example, if the pOH of a solution is 3.00,

Eq8

Multiplication of both sides by −1 gives

Eq9

Now, take the antilog of both sides

Eq10

Thus, the hydronium ion concentration of the solution with pOH 3 is 1.0 × 10−3 M. A similar method can be used to determine the hydronium ion concentration of a solution if its pH is known.