අම්ල, භස්ම සහ pH: ප්‍රෝටෝන මාරුව සහ ලඝුගණක පරිමාණය

ආර්හේනියස් අම්ල සිට බ්‍රොන්ස්ටඩ්–ලෝරි ප්‍රෝටෝන මාරුව දක්වා

ආර්හේනියස් අම්ලයක් ජලයේ හයිඩ්‍රජන් අයන නිපදවන සංයෝගයක් ලෙසත් භස්මයක් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් අයන නිපදවන එකක් ලෙසත් අර්ථ දැක්වීය. අර්ථ දැක්වීම හයිඩ්‍රොක්ලෝරික් අම්ලය සහ සෝඩියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් සඳහා ක්‍රියා කරයි, නමුත් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් අඩංගු නොවන ඇමෝනියා, NH₃, ජලය භාස්මික කරන්නේ ඇයිද යන්න එයට පැහැදිලි කළ නොහැක.

බ්‍රොන්ස්ටඩ්–ලෝරි අර්ථ දැක්වීම ප්‍රෝටෝනය කෙරෙහි අවධානය යොමු කිරීමෙන් මෙය නිවැරදි කරයි. අම්ලයක් ප්‍රෝටෝන ප්‍රදායකයක් වන අතර භස්මයක් ප්‍රෝටෝන ප්‍රතිග්‍රාහකයක් වේ, එබැවින් සෑම අම්ල-භස්ම ප්‍රතික්‍රියාවක්ම එක් විශේෂයකින් තවත් එකකට ප්‍රෝටෝන මාරුවකි. ඇමෝනියා භස්මයකි, මන්ද එය ජලයෙන් ප්‍රෝටෝනයක් පිළිගනී: NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq).

හිස් ප්‍රෝටෝනයක් ජලයේ නිදහස්ව නොපවතී. එය ජල අණුවකට බන්ධනය වී හයිඩ්‍රෝනියම් අයනය, H₃O⁺, සාදයි. රසායනඥයන් බොහෝ විට H⁺(aq) කෙටි අංකනයක් ලෙස ලියන අතර, pH ගණනය කිරීම් වලදී අංකන දෙකේ අර්ථය එකමය.

සංයුග්මී අම්ල-භස්ම යුගල සොයා ගැනීම

අම්ලයක් ප්‍රෝටෝනයක් පරිත්‍යාග කරන විට, ඉතිරි වන්නේ එහි සංයුග්මී භස්මයයි; භස්මයක් ප්‍රෝටෝනයක් පිළිගන්නා විට, එය එහි සංයුග්මී අම්ලය බවට පත්වේ. සංයුග්මී යුගලයක සාමාජිකයන් දෙදෙනා වෙනස් වන්නේ හරියටම H⁺ එකකිනි. HF(aq) + H₂O(l) ⇌ F⁻(aq) + H₃O⁺(aq) හි, යුගල HF/F⁻ සහ H₃O⁺/H₂O වේ.

ජලය HF ප්‍රතික්‍රියාවේ භස්මයක් ලෙසත් ඇමෝනියා ප්‍රතික්‍රියාවේ අම්ලයක් ලෙසත් පෙනී සිටී. ප්‍රෝටෝනයක් පරිත්‍යාග කිරීමට හෝ පිළිගැනීමට හැකි විශේෂයක් උභය-ප්‍රෝටික ලෙස හැඳින්වේ. හයිඩ්‍රජන් කාබනේට්, HCO₃⁻, තවත් උදාහරණයකි: එයට CO₃²⁻ බවට පත්වීමට ප්‍රෝටෝනයක් අහිමි කළ හැකි හෝ H₂CO₃ බවට පත්වීමට එකක් ලබා ගත හැකිය.

• සමීකරණය ලියා වමේ සිට දකුණට යන විට H⁺ එකක් අහිමි කරන විශේෂය සොයන්න. එය අම්ලයයි.
• H⁺ එකක් ලබා ගන්නා විශේෂය සොයන්න. එය භස්මයයි.
• සෑම ප්‍රතික්‍රියකයක්ම එයට H⁺ එකකින් වෙනස් වන ඵලය සමඟ යුගල කර, ආරෝපණ එකකින් වෙනස් වන බව පරීක්ෂා කරන්න.

ප්‍රබල සහ දුබල විස්තර කරන්නේ ප්‍රමාණය මිස සාන්ද්‍රණය නොවේ

ප්‍රබල අම්ලයක් ජලයේ අත්‍යවශ්‍යයෙන්ම සම්පූර්ණයෙන් අයනීකරණය වන බැවින්, දියවන සෑම අම්ල අණුවක්ම H₃O⁺ සහ එහි සංයුග්මී භස්මය ලබා දේ. පොදු ප්‍රබල අම්ල වන්නේ HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ සහ H₂SO₄ (එහි පළමු ප්‍රෝටෝනය සඳහා) ය. පොදු ප්‍රබල භස්ම වන්නේ 1 කාණ්ඩයේ ලෝහවල සහ කැල්සියම්, ස්ට්‍රොන්ටියම් හා බේරියම් වල හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් ය. දුබල අම්ලයක් අර්ධ වශයෙන් පමණක් අයනීකරණය වන අතර, අණුව සහ එහි අයන අතර සමතුලිතතාවයක් ස්ථාපිත වේ.

ප්‍රබලතාව සහ සාන්ද්‍රණය වෙනම අදහස් වේ. ප්‍රබල අම්ලයක තනුක ද්‍රාවණයකට දුබල අම්ලයක සාන්ද්‍ර ද්‍රාවණයකට වඩා අඩු හයිඩ්‍රෝනියම් අයන තිබිය හැක. කෙසේ වෙතත්, සමාන සාන්ද්‍රණයේදී වෙනස විශාලය. 0.10 mol/L HCl ද්‍රාවණයක [H₃O⁺] = 0.10 mol/L සහ pH 1.00 වේ. අම්ල අයනීකරණ නියතය Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (OpenStax ඇමුණුම H) ඇති ඇසිටික් අම්ලය 0.10 mol/L හිදී අයනීකරණය වන්නේ ප්‍රතිශතයක් පමණ වන අතර එහි pH ආසන්න වශයෙන් 2.9 වේ. දුබල-අම්ල සමතුලිතතා ගණනය කිරීම් වෙනම මාතෘකාවකි; මෙම මාර්ගෝපදේශය භාවිත කරන්නේ සැසඳීම පමණි.

අම්ලයක ප්‍රබලතාව සහ එහි සංයුග්මී භස්මය සම්බන්ධ වේ. Cl⁻ සහ NO₃⁻ වැනි ප්‍රබල අම්ලවල සංයුග්මී භස්මවලට ජලයේ ප්‍රෝටෝනයක් පිළිගැනීමේ නොසැලකිය හැකි නැඹුරුවක් ඇත.

ජලයේ අයන ගුණිතය, pH සහ pOH

පිරිසිදු ජලයේ පවා ස්වල්ප අයන අඩංගු වන්නේ ජල අණු එකිනෙකට ප්‍රෝටෝන මාරු කරන බැවිනි: 2 H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + OH⁻(aq). මෙම ස්වයං-අයනීකරණය සඳහා සමතුලිතතා නියතය 25 °C හිදී Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ වේ. පිරිසිදු ජලයේ සාන්ද්‍රණ දෙක සමාන වේ, එක් එකක් 1.0 × 10⁻⁷ mol/L. 25 °C හි ඕනෑම ජලීය ද්‍රාවණයක, ඔබ එක් සාන්ද්‍රණයක් දන්නේ නම් Kw එයින් බෙදා අනෙක සොයා ගත හැක.

මෙම සාන්ද්‍රණ දහයේ බල බොහොමයක් පුරා විහිදෙන බැවින්, රසායනඥයන් ලඝුගණක භාවිත කරයි: pH = −log[H₃O⁺] සහ pOH = −log[OH⁻]. Kw ප්‍රකාශනයේ ඍණ ලඝුගණකය ගැනීමෙන් 25 °C හිදී pH + pOH = 14.00 ලැබේ. එක් pH ඒකකයක වෙනසක් හයිඩ්‍රෝනියම් සාන්ද්‍රණයේ දහ ගුණයක වෙනසක් වන බැවින්, pH 3 ද්‍රාවණයක [H₃O⁺] pH 5 එකක මෙන් 100 ගුණයකි.

උදාසීන යනු [H₃O⁺] = [OH⁻] යන්නයි, එය pH 7.00 වන්නේ 25 °C හිදී පමණි. Kw උෂ්ණත්වය සමඟ වැඩි වේ; OpenStax 100 °C හිදී ආසන්න වශයෙන් 5.6 × 10⁻¹³ දෙන අතර, එහිදී උදාසීන ජලයේ pH 6.1 ට ආසන්නය. ලඝුගණක සඳහා, pH එකක දශම ස්ථාන ගණන සාන්ද්‍රණයේ සැලකිය යුතු ඉලක්කම් ගණනට සමාන වේ.

ප්‍රබල අම්ල සහ ප්‍රබල භස්ම සඳහා pH ගණනය කිරීම

විසඳූ උදාහරණය 1. 4.6 × 10⁻³ mol/L නයිට්‍රික් අම්ලයේ pH සොයන්න. HNO₃ ප්‍රබල බැවින් [H₃O⁺] = 4.6 × 10⁻³ mol/L. pH = −log(4.6 × 10⁻³) = 2.34. සාන්ද්‍රණයට සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකක් ඇති බැවින් pH හි දශම ස්ථාන දෙකක් ඇත. ඉන්පසු [OH⁻] = (1.0 × 10⁻¹⁴)/(4.6 × 10⁻³) = 2.2 × 10⁻¹² mol/L, අම්ල ද්‍රාවණයක අපේක්ෂිත පරිදි ඉතා කුඩාය.

විසඳූ උදාහරණය 2. පොටෑසියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් 0.350 g ක් දියකර ද්‍රාවණය 750.0 mL ක් සාදනු ලැබේ. දශම ස්ථාන දෙකකට වටකළ IUPAC සම්මත පරමාණුක බර (K 39.10, O 16.00, H 1.01) භාවිතයෙන්, M(KOH) = 56.11 g/mol. n = 0.350 g / 56.11 g/mol = 6.24 × 10⁻³ mol, සහ [OH⁻] = 6.24 × 10⁻³ mol / 0.7500 L = 8.32 × 10⁻³ mol/L. pOH = 2.080, සහ pH = 14.00 − 2.080 = 11.92, 14.00 මගින් දශම ස්ථාන දෙකකට සීමා වේ.

විසඳූ උදාහරණය 3. 3.60 × 10⁻³ mol/L ස්ට්‍රොන්ටියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් වල pH සොයන්න. Sr(OH)₂ සූත්‍ර ඒකකයකට හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් අයන දෙකක් මුදා හරින බැවින් [OH⁻] = 2 × 3.60 × 10⁻³ = 7.20 × 10⁻³ mol/L. pOH = 2.143 සහ pH = 14.00 − 2.143 = 11.86. 2 ක සාධකය අමතක කිරීමෙන් pH ආසන්න වශයෙන් 0.30 කින් අඩු වනු ඇත.

විසඳූ උදාහරණය 4. ද්‍රාවණයක pH 4.62 වේ. ලඝුගණකය ප්‍රතිලෝම කරන්න: [H₃O⁺] = 10 ට −4.62 බලය = 2.4 × 10⁻⁵ mol/L. pH හි දශම ස්ථාන දෙක සාන්ද්‍රණයේ සැලකිය යුතු ඉලක්කම් දෙකකට ඉඩ දෙයි. pOH යනු 14.00 − 4.62 = 9.38 වන බැවින් [OH⁻] = 4.2 × 10⁻¹⁰ mol/L.

pH කාර්යයේ ලඝුගණක සහ ස්ටොයිකියෝමිතික වැරදි

බොහෝ pH වැරදි පැමිණෙන්නේ ලඝුගණකයෙන් හෝ අම්ලයේ හෝ භස්මයේ සූත්‍රයෙනි. ඉක්මන් සාධාරණත්ව පරීක්ෂාවක් බොහොමයක් අල්ලා ගනී: 25 °C හි අම්ල ද්‍රාවණවල pH 7 ට අඩුය, භාස්මික ඒවා 7 ට වැඩිය, සහ සාන්ද්‍රණයේ සෑම දහ ගුණයක සාධකයක්ම pH එක් ඒකකයකින් චලනය කරයි.

ඉතා තනුක ප්‍රබල අම්ල ගැන ප්‍රවේශම් වන්න. 1.0 × 10⁻⁸ mol/L HCl ද්‍රාවණයකට pH 8 නොමැති අතර, එය භාස්මික වනු ඇත. එවැනි අඩු සාන්ද්‍රණ වලදී, ජලයේම අයනීකරණයෙන් ලැබෙන හයිඩ්‍රෝනියම් අයන නොසැලකිය හැකි නොවන අතර, සම්පූර්ණ ප්‍රතිකාරයක් උදාසීනයට මදක් පහළින් ආසන්න වශයෙන් 6.98 pH අගයක් ලබා දෙයි.

• ඍණ ලකුණ අත්හැරීම: 1 ට අඩු සංඛ්‍යාවක −log ධන වේ. සාමාන්‍ය තනුක ද්‍රාවණයකින් ඍණ pH එකක් ලකුණු දෝෂයක් දැනුම් දෙයි.
• ස්ටොයිකියෝමිතිය අමතක කිරීම: Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ සහ Ba(OH)₂ සූත්‍ර ඒකකයකට OH⁻ දෙක බැගින් මුදා හරියි.
• භස්මය pOH ලබා දෙන විට pH භාවිත කිරීම: පළමුව [OH⁻] වලින් pOH සොයා, ඉන්පසු පරිවර්තනය කරන්න.
• දුබල අම්ලයක් ප්‍රබල ලෙස සැලකීම: [H₃O⁺] අම්ල සාන්ද්‍රණයට සමාන වන්නේ ප්‍රබල අම්ල සඳහා පමණි.
• 25 °C ට බෙහෙවින් ඈත උෂ්ණත්වවලදී pH + pOH = 14.00 යෙදීම.