BUFORY
Wykładnik stężenia jonów wodorowych ( pH )
Woda, choć w bardzo niewielkim stopniu ( 1 cząsteczka na 550 milionów ) dysocjuje na jony H2O ó H+ + OH-. Jony wodorowe w roztworach wodnych ulegają hydratacji tworząc kation oksoniowy H3O+ , zwany też jonem hydroniowym. Dysocjacja wody przebiega więc wg.równania: H2O + H2O ó H3O+ + OH-. Symbol H+ jest zatem uproszczonym zapisem jonu H3O+.
Stałą dysocjacji wody zgodnie z prawem działania mas wyraża wzór:
[ H+ ] . [ OH- ]
[ H2O ]
Mnożąc obydwie strony równania przez stężenie części niezdysocjowanej wody [ H2O ] otrzymujemy : K . [ H2O ] = [ H+ ] . [ OH- ]
Przy bardzo słabej dysocjacji wody możemy przyjąć, że stężenie części niezdysocjowanej wody jest równe całkowitemu stężeniu wody i wynosi 55,56 mol/ dm3 .
Iloczyn dwóch wielkości stałych daje też wielkość stałą:
[ H+ ] . [ OH- ] = 10-14 (mol/dm3)2
Powyższe równanie nosi nazwę iloczynu jonowego wody i określa zależność pomiędzy stężeniem jonów H+ i OH- w wodzie i roztworach wodnych. Wynika z niego, że wszelkim zmianom stężenia jonów H+ muszą towarzyszyć odpowiednie zmiany stężenia jonów OH-.
W chemicznie czystej wodzie stężenia obu jonów są sobie równe i wynoszą:
[ H+ ] = [ OH- ] = 10-7 mol/dm3 ( odczyn obojętny )
Znając stężenie jonów H+ danego roztworu możemy określić jego odczyn i wyliczyć stężenie jonów OH- i odwrotnie.
10-14
[ H+ ] = ------------------ ;
[ OH- ] = _____________
[ OH- ]
[ H +]
Do określenia odczynu środowiska i jego wielkości wystarczające jest podanie stężenia tylko jednego z jonów, umownie przyjęto, że będzie to jon wodorowy - H+.
Stężenie jonów wodorowych w roztworze może przybierać wartości znacznie różniące się między sobą. W 1 M roztworze mocnego kwasu [ H+ ] = 1 mol/dm3, zaś w 1 M roztworze mocnej zasady wartość jego jest 100 bilionów razy mniejsza i wynosi [ H+ ] = 10-14 mol/dm3. Dlatego przyjęto wniosek Sorensena, aby posługiwać się nie stężeniem jonów wodorowych , lecz tzw. wykładnikiem stężenia jonów wodorowych – pH, czyli logarytmem dziesiętnym stężenia jonów wodorowych, ze znakiem przeciwnym.
[ H+ ] = 10-pH
Po zlogarytmowaniu:
lg [ H+ ] = - pH
pH = - lg [ H+ ]
Znając [ H+ ] wyrażone w mol/dm3 z łatwością można obliczyć pH i odwrotnie.
Przykłady obliczeń:
[ H+ ] = 10-7 mol/dm3 ; pH = 7.
[ H+ ] = 10-3 mol/dm3 ; pH = 3.
[ H+ ] = 1 mol/dm3 ; pH = 0.
[ H+ ] = 5,3 * 10-4 mol/dm3 ; lg 5,3 – 4 lg10 = 0,72 – 4 = -3,28; -lg [ H+ ] =3,28; pH = 3,28.
pH = 9 ; [ H+ ] = 10-9 mol/dm3
pH + pOH = 14 ; pH = 14 - pOH ; pOH = 14 – pH ;
W roztworze obojętnym pH = pOH = 7
Roztwór kwaśny ma pH < 7
Roztwór zasadowy ma pH >7
Wykładnik wodorowy pH przybiera wartości zawarte między 0 a 14
Mocne kwasy i zasady:
[ H+ ] = ---------------
Czasady
pH = 14 – lgCzasady
Np. pH roztworu kwasu siarkowego H2SO4 o stężeniu 0,001 mol/dm3 wynosi:
Ckwasu = 10-3 mol/dm3 ; [H+ ] = 2 . Ckwasu = 2 . 10-3 mol/dm3
pH = -lg[H+ ] = – lg( 2 . 10-3 ) = -lg2 – lg10-3 = 3 - lg2 = 3 – 0,3 = 2,7 ; ( lg2 = 0,30 )
pH = 2,7
Najczęściej odłączenie następnego protonu od jonu z ładunkiem ujemnym przebiega o wiele trudniej anieżeli od cząsteczki obojętnej, np. dla kwasu fosforowego stosunek wartości kolejnych stałych dysocjacji K1 : K2, K2 : K3 wynosi ok. 10-5 i w takich przypadkach można przy obliczaniu pH roztworu uwzględnić ( dla uproszczenia ) tylko pierwszy stopień dycocjacji i uważać taki kwas wieloprotonowy za słaby kwas jednoprotonowy, a zatem stosować do obliczania pH wzory dla takiego właśnie kwasu. Analogicznie postępujemy z wielowartościowymi zasadami.
Słabe kwasy i zasady:
kws_14