អាស៊ីត បាស និង pH៖ ការផ្ទេរប្រូតុង និងមាត្រដ្ឋានលោការីត

ពីអាស៊ីតអារេនីយុសទៅការផ្ទេរប្រូតុងប្រុនស្តេដ–ឡូរី

អារេនីយុសបានកំណត់អាស៊ីតជាសមាសធាតុដែលផលិតអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូសែនក្នុងទឹក និងបាសជាសមាសធាតុដែលផលិតអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត។ និយមន័យនេះដំណើរការសម្រាប់អាស៊ីតក្លរីទ្រិក និងសូដ្យូមអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត ប៉ុន្តែវាមិនអាចពន្យល់ហេតុអ្វីអាម៉ូញាក់ NH₃ ដែលមិនមានអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត ធ្វើឱ្យទឹកមានជាតិបាសបានទេ។

និយមន័យប្រុនស្តេដ–ឡូរីដោះស្រាយបញ្ហានេះដោយផ្តោតលើប្រូតុង។ អាស៊ីតគឺអ្នកផ្តល់ប្រូតុង ហើយបាសគឺអ្នកទទួលប្រូតុង ដូច្នេះប្រតិកម្មអាស៊ីត–បាសគ្រប់មុខគឺការផ្ទេរប្រូតុងពីប្រភេទមួយទៅប្រភេទមួយទៀត។ អាម៉ូញាក់ជាបាស ព្រោះវាទទួលប្រូតុងពីទឹក៖ NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)។

ប្រូតុងទទេមិនមានដោយសេរីក្នុងទឹកទេ។ វាភ្ជាប់នឹងម៉ូលេគុលទឹកបង្កើតអ៊ីយ៉ុងហ៊ីដ្រូញ៉ូម H₃O⁺។ អ្នកគីមីវិទ្យាជារឿយៗសរសេរ H⁺(aq) ជាអក្សរកាត់ ហើយសញ្ញាណទាំងពីរមានន័យដូចគ្នាក្នុងការគណនា pH។

ការរកគូអាស៊ីត–បាសឆ្លាស់

នៅពេលអាស៊ីតផ្តល់ប្រូតុង អ្វីដែលនៅសល់គឺបាសឆ្លាស់របស់វា នៅពេលបាសទទួលប្រូតុង វាក្លាយជាអាស៊ីតឆ្លាស់របស់វា។ សមាជិកទាំងពីរនៃគូឆ្លាស់ខុសគ្នា H⁺ មួយពិតប្រាកដ។ ក្នុង HF(aq) + H₂O(l) ⇌ F⁻(aq) + H₃O⁺(aq) គូគឺ HF/F⁻ និង H₃O⁺/H₂O។

ទឹកលេចឡើងជាបាសក្នុងប្រតិកម្ម HF និងជាអាស៊ីតក្នុងប្រតិកម្មអាម៉ូញាក់។ ប្រភេទដែលអាចផ្តល់ ឬទទួលប្រូតុងហៅថាអាំហ្វីប្រូទិក។ អ៊ីដ្រូសែនកាបូណាត HCO₃⁻ ជាឧទាហរណ៍មួយទៀត៖ វាអាចបាត់ប្រូតុងក្លាយជា CO₃²⁻ ឬទទួលមួយក្លាយជា H₂CO₃។

• សរសេរសមីការ ហើយរកប្រភេទដែលបាត់ H⁺ ពេលពីឆ្វេងទៅស្តាំ។ នោះគឺអាស៊ីត។
• រកប្រភេទដែលទទួលបាន H⁺។ នោះគឺបាស។
• ផ្គូផ្គងប្រតិករនីមួយៗជាមួយផលិតផលដែលខុសពីវា H⁺ មួយ ហើយពិនិត្យថាបន្ទុកខុសគ្នាមួយ។

ខ្លាំង និងខ្សោយពិពណ៌នាកម្រិត មិនមែនកំហាប់ទេ

អាស៊ីតខ្លាំងបំបែកជាអ៊ីយ៉ុងស្ទើរតែទាំងស្រុងក្នុងទឹក ដូច្នេះម៉ូលេគុលអាស៊ីតដែលរលាយនីមួយៗផ្តល់ H₃O⁺ និងបាសឆ្លាស់របស់វា។ អាស៊ីតខ្លាំងទូទៅគឺ HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ និង H₂SO₄ (សម្រាប់ប្រូតុងទីមួយរបស់វា)។ បាសខ្លាំងទូទៅគឺអ៊ីដ្រូអុកស៊ីតនៃលោហៈក្រុម 1 និងនៃកាល់ស្យូម ស្ត្រុងស្យូម និងបារីយ៉ូម។ អាស៊ីតខ្សោយបំបែកជាអ៊ីយ៉ុងតែមួយផ្នែក ហើយលំនឹងរវាងម៉ូលេគុល និងអ៊ីយ៉ុងរបស់វាត្រូវបានបង្កើត។

កម្លាំង និងកំហាប់ជាគំនិតដាច់ដោយឡែក។ សូលុយស្យុងរំលាយនៃអាស៊ីតខ្លាំងអាចមានអ៊ីយ៉ុងហ៊ីដ្រូញ៉ូមតិចជាងសូលុយស្យុងប្រមូលផ្តុំនៃអាស៊ីតខ្សោយ។ ប៉ុន្តែនៅកំហាប់ស្មើគ្នា ភាពខុសគ្នាធំ។ សូលុយស្យុង HCl 0.10 mol/L មាន [H₃O⁺] = 0.10 mol/L និង pH 1.00។ អាស៊ីតអាសេទិក ដែលមានថេរអ៊ីយ៉ូដូអាស៊ីត Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (ឧបសម្ព័ន្ធ OpenStax H) បំបែកជាអ៊ីយ៉ុងត្រឹមប្រហែល 1 ភាគរយនៅ 0.10 mol/L ហើយ pH របស់វាប្រហែល 2.9។ ការគណនាលំនឹងអាស៊ីតខ្សោយជាប្រធានបទដាច់ដោយឡែក មគ្គុទ្ទេសក៍នេះប្រើតែការប្រៀបធៀបប៉ុណ្ណោះ។

កម្លាំងនៃអាស៊ីត និងបាសឆ្លាស់របស់វាមានទំនាក់ទំនងគ្នា។ បាសឆ្លាស់នៃអាស៊ីតខ្លាំង ដូចជា Cl⁻ និង NO₃⁻ មានទំនោរតិចតួចខ្លាំងក្នុងការទទួលប្រូតុងក្នុងទឹក។

ផលគុណអ៊ីយ៉ុងរបស់ទឹក pH និង pOH

សូម្បីតែទឹកសុទ្ធក៏មានអ៊ីយ៉ុងមួយចំនួនតូចដែរ ព្រោះម៉ូលេគុលទឹកផ្ទេរប្រូតុងទៅគ្នា៖ 2 H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + OH⁻(aq)។ ថេរលំនឹងសម្រាប់ការបំបែកជាអ៊ីយ៉ុងដោយខ្លួនឯងនេះគឺ Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ នៅ 25 °C។ ក្នុងទឹកសុទ្ធ កំហាប់ទាំងពីរស្មើគ្នា 1.0 × 10⁻⁷ mol/L ម្នាក់ៗ។ ក្នុងសូលុយស្យុងទឹកណាមួយនៅ 25 °C ប្រសិនបើអ្នកដឹងកំហាប់មួយ អ្នកអាចរកកំហាប់មួយទៀតដោយចែក Kw នឹងវា។

ដោយសារកំហាប់ទាំងនេះគ្របដណ្តប់ស្វ័យគុណនៃដប់ជាច្រើន អ្នកគីមីវិទ្យាប្រើលោការីត៖ pH = −log[H₃O⁺] និង pOH = −log[OH⁻]។ ការយកលោការីតអវិជ្ជមាននៃកន្សោម Kw ផ្តល់ pH + pOH = 14.00 នៅ 25 °C។ ការផ្លាស់ប្តូរមួយឯកតា pH គឺជាការផ្លាស់ប្តូរដប់ដងនៃកំហាប់ហ៊ីដ្រូញ៉ូម ដូច្នេះសូលុយស្យុងនៅ pH 3 មាន [H₃O⁺] ច្រើនជាងសូលុយស្យុងនៅ pH 5 ចំនួន 100 ដង។

អព្យាក្រឹតមានន័យថា [H₃O⁺] = [OH⁻] ដែលជា pH 7.00 តែនៅ 25 °C ប៉ុណ្ណោះ។ Kw កើនឡើងតាមសីតុណ្ហភាព OpenStax ផ្តល់ប្រហែល 5.6 × 10⁻¹³ នៅ 100 °C ដែលទឹកអព្យាក្រឹតមាន pH ជិត 6.1។ សម្រាប់លោការីត ចំនួនខ្ទង់ទសភាគក្នុង pH ស្មើនឹងចំនួនខ្ទង់សំខាន់ក្នុងកំហាប់។

ការគណនា pH សម្រាប់អាស៊ីតខ្លាំង និងបាសខ្លាំង

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 1។ រក pH នៃអាស៊ីតនីទ្រិក 4.6 × 10⁻³ mol/L។ HNO₃ ខ្លាំង ដូច្នេះ [H₃O⁺] = 4.6 × 10⁻³ mol/L។ pH = −log(4.6 × 10⁻³) = 2.34។ កំហាប់មានខ្ទង់សំខាន់ពីរ ដូច្នេះ pH មានខ្ទង់ទសភាគពីរ។ បន្ទាប់មក [OH⁻] = (1.0 × 10⁻¹⁴)/(4.6 × 10⁻³) = 2.2 × 10⁻¹² mol/L តូចតាមការរំពឹងទុកក្នុងសូលុយស្យុងអាស៊ីត។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 2។ ប៉ូតាស្យូមអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត 0.350 g ត្រូវបានរំលាយដើម្បីបង្កើតសូលុយស្យុង 750.0 mL។ ដោយប្រើម៉ាសអាតូមស្តង់ដារ IUPAC ដែលបានបង្គត់ដល់ពីរខ្ទង់ទសភាគ (K 39.10, O 16.00, H 1.01) M(KOH) = 56.11 g/mol។ n = 0.350 g / 56.11 g/mol = 6.24 × 10⁻³ mol ហើយ [OH⁻] = 6.24 × 10⁻³ mol / 0.7500 L = 8.32 × 10⁻³ mol/L។ pOH = 2.080 ហើយ pH = 14.00 − 2.080 = 11.92 កម្រិតត្រឹមខ្ទង់ទសភាគពីរដោយ 14.00។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 3។ រក pH នៃស្ត្រុងស្យូមអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត 3.60 × 10⁻³ mol/L។ Sr(OH)₂ បញ្ចេញអ៊ីយ៉ុងអ៊ីដ្រូអុកស៊ីតពីរក្នុងមួយអង្គភាពរូបមន្ត ដូច្នេះ [OH⁻] = 2 × 3.60 × 10⁻³ = 7.20 × 10⁻³ mol/L។ pOH = 2.143 ហើយ pH = 14.00 − 2.143 = 11.86។ ការភ្លេចកត្តា 2 នឹងផ្តល់ pH ទាបពេកប្រហែល 0.30។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 4។ សូលុយស្យុងមួយមាន pH 4.62។ បញ្ច្រាសលោការីត៖ [H₃O⁺] = 10 ស្វ័យគុណ −4.62 = 2.4 × 10⁻⁵ mol/L។ ខ្ទង់ទសភាគពីរក្នុង pH អនុញ្ញាតឱ្យមានខ្ទង់សំខាន់ពីរក្នុងកំហាប់។ pOH គឺ 14.00 − 4.62 = 9.38 ដូច្នេះ [OH⁻] = 4.2 × 10⁻¹⁰ mol/L។

កំហុសលោការីត និងស្តូអ៊ីគីយ៉ូមេត្រីក្នុងការងារ pH

កំហុស pH ភាគច្រើនមកពីលោការីត ឬពីរូបមន្តនៃអាស៊ីត ឬបាស។ ការពិនិត្យភាពសមហេតុផលរហ័សចាប់បានច្រើន៖ សូលុយស្យុងអាស៊ីតនៅ 25 °C មាន pH ក្រោម 7 សូលុយស្យុងបាសលើស 7 ហើយកត្តាដប់នៃកំហាប់នីមួយៗផ្លាស់ pH មួយឯកតា។

ចូរប្រុងប្រយ័ត្នជាមួយអាស៊ីតខ្លាំងរំលាយខ្លាំង។ សូលុយស្យុង HCl 1.0 × 10⁻⁸ mol/L មិនមាន pH 8 ទេ ដែលនឹងជាបាស។ នៅកំហាប់ទាបបែបនេះ អ៊ីយ៉ុងហ៊ីដ្រូញ៉ូមពីការបំបែកជាអ៊ីយ៉ុងដោយខ្លួនឯងរបស់ទឹកមិនអាចមើលរំលងបានទេ ហើយការព្យាបាលពេញលេញផ្តល់ pH ប្រហែល 6.98 ក្រោមអព្យាក្រឹតបន្តិច។

• ទម្លាក់សញ្ញាដក៖ −log នៃលេខក្រោម 1 គឺវិជ្ជមាន។ pH អវិជ្ជមានពីសូលុយស្យុងរំលាយធម្មតាបង្ហាញពីកំហុសសញ្ញា។
• ភ្លេចស្តូអ៊ីគីយ៉ូមេត្រី៖ Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ និង Ba(OH)₂ នីមួយៗបញ្ចេញ OH⁻ ពីរក្នុងមួយអង្គភាពរូបមន្ត។
• ប្រើ pH នៅពេលបាសផ្តល់ pOH៖ រក pOH ពី [OH⁻] ជាមុន បន្ទាប់មកបម្លែង។
• ចាត់ទុកអាស៊ីតខ្សោយជាខ្លាំង៖ [H₃O⁺] ស្មើនឹងកំហាប់អាស៊ីតសម្រាប់តែអាស៊ីតខ្លាំងប៉ុណ្ណោះ។
• អនុវត្ត pH + pOH = 14.00 នៅសីតុណ្ហភាពឆ្ងាយពី 25 °C។