Mga Asido, Base ngan pH: Pagbalhin han Proton ngan an Logarithmic nga Iskala

Tikang ha Arrhenius nga mga asido paingod ha Brønsted–Lowry nga pagbalhin han proton

Ginpasabot ni Arrhenius an asido sugad nga compound nga naghihimo hin hydrogen ion ha tubig ngan an base sugad nga naghihimo hin hydroxide ion. Nagtatrabaho an depinisyon para ha hydrochloric acid ngan sodium hydroxide, kundi diri niya mapapasabot kun kay ano nga an ammonia, NH₃, nga waray hydroxide, naghihimo ha tubig nga base.

An Brønsted–Lowry nga depinisyon nagtatadong hini pinaagi ha pag-focus ha proton. An asido amo an proton donor ngan an base amo an proton acceptor, salit an kada acid–base nga reaksyon usa nga pagbalhin han proton tikang ha usa nga species ngadto ha lain. An ammonia usa nga base tungod kay nakakadawat ito hin proton tikang ha tubig: NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq).

An hubo nga proton diri nabubuhi nga libre ha tubig. Nagbubugkos ito ha molekula han tubig basi maghimo han hydronium nga ion, H₃O⁺. Kasagaran isinusulat han mga kimiko an H⁺(aq) sugad nga shortcut, ngan an duha nga notasyon pariho an kahulogan ha mga kuwenta han pH.

Pagpangita han conjugate nga acid–base nga mga parisan

Kun an asido nagtutugyan hin proton, an nahibilin amo an conjugate base hini; kun an base nakakadawat hin proton, nagiging conjugate acid hini. An duha nga sakop han conjugate nga parisan nagkakalainan hin eksakto nga usa nga H⁺. Ha HF(aq) + H₂O(l) ⇌ F⁻(aq) + H₃O⁺(aq), an mga parisan amo an HF/F⁻ ngan H₃O⁺/H₂O.

An tubig makita sugad nga base ha reaksyon han HF ngan sugad nga asido ha reaksyon han ammonia. An species nga puyde magtugyan o magdawat hin proton ginngangaranan nga amphiprotic. An hydrogen carbonate, HCO₃⁻, lain nga halimbawa: puyde mawara hin proton basi magin CO₃²⁻ o makakuha hin usa basi magin H₂CO₃.

• Isulat an ekwasyon ngan pangitaa an species nga nawawara hin H⁺ kun ginhahalin tikang ha wala paingod ha too. Amo ito an asido.
• Pangitaa an species nga nakakakuha hin H⁺. Amo ito an base.
• Ipares an kada reactant ha produkto nga nagkakalainan hini hin usa nga H⁺, ngan susiha nga an mga karga nagkakalainan hin usa.

An makusog ngan huyang naghuhulagway han kadako, dire konsentrasyon

An makusog nga asido nag-iionize hapit bug-os ha tubig, salit an kada molekula han asido nga natunaw naghahatag hin H₃O⁺ ngan an conjugate base hini. An kasagaran nga makusog nga mga asido amo an HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ ngan H₂SO₄ (para ha syahan nga proton). An kasagaran nga makusog nga mga base amo an mga hydroxide han group 1 nga mga metal ngan han calcium, strontium ngan barium. An huyang nga asido bahin la nag-iionize, ngan natutukod an equilibrium tali han molekula ngan han ira mga ion.

An kusog ngan konsentrasyon bulag nga mga ideya. An gin-palabnaw nga solusyon han makusog nga asido puyde may mas gutiay nga hydronium nga mga ion kay ha konsentrado nga solusyon han huyang. Ha pariho nga konsentrasyon, bisan pa, dako an kalainan. An 0.10 mol/L nga solusyon han HCl may [H₃O⁺] = 0.10 mol/L ngan pH 1.00. An acetic acid, nga may acid ionization constant nga Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (OpenStax Appendix H), mga 1 porsyento la an na-ionize ha 0.10 mol/L, ngan an pH hini mga 2.9. An mga kuwenta han equilibrium han huyang nga asido lain nga tema; ini nga giya naggagamit la han pagtapat.

An kusog han asido ngan han conjugate base hini nagkakaupod. An conjugate nga mga base han makusog nga mga asido, sugad han Cl⁻ ngan NO₃⁻, waray igo nga hilig nga magdawat hin proton ha tubig.

An ion product han tubig, pH ngan pOH

Bisan an putli nga tubig may pira nga ion, tungod kay an mga molekula han tubig nagtutugyan hin proton ha usa ha usa: 2 H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + OH⁻(aq). An equilibrium constant para hini nga autoionization amo an Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ ha 25 °C. Ha putli nga tubig an duha nga konsentrasyon pariho, 1.0 × 10⁻⁷ mol/L kada usa. Ha bisan ano nga aqueous nga solusyon ha 25 °C, kun hibaro mo an usa nga konsentrasyon, makukuha mo an lain pinaagi ha pagbahin han Kw hini.

Tungod kay ini nga mga konsentrasyon naglalapad ha damo nga puwersa han napulo, naggagamit an mga kimiko hin mga logarithm: pH = −log[H₃O⁺] ngan pOH = −log[OH⁻]. An pagkuha han negatibo nga logarithm han ekspresyon han Kw naghahatag han pH + pOH = 14.00 ha 25 °C. An pagbag-o nga usa nga yunit han pH usa nga tag-napulo nga pagbag-o ha konsentrasyon han hydronium, salit an solusyon ha pH 3 may 100 ka beses nga [H₃O⁺] kay ha usa ha pH 5.

An neutral nagkahulogan nga [H₃O⁺] = [OH⁻], nga pH 7.00 la ha 25 °C. An Kw nagtataas upod an temperatura; naghahatag an OpenStax hin mga 5.6 × 10⁻¹³ ha 100 °C, kun diin an neutral nga tubig may pH nga harapit ha 6.1. Para ha mga logarithm, an kadamo han desimal nga lugar ha pH pariho han kadamo han mahinungdanon nga mga digit ha konsentrasyon.

Pagkuwenta han pH para ha makusog nga mga asido ngan makusog nga mga base

Halimbawa 1. Pangitaa an pH han 4.6 × 10⁻³ mol/L nga nitric acid. An HNO₃ makusog, salit [H₃O⁺] = 4.6 × 10⁻³ mol/L. pH = −log(4.6 × 10⁻³) = 2.34. An konsentrasyon may duha nga mahinungdanon nga mga digit, salit an pH may duha nga desimal nga lugar. Unya [OH⁻] = (1.0 × 10⁻¹⁴)/(4.6 × 10⁻³) = 2.2 × 10⁻¹² mol/L, gutiay gud sugad han gindudumdom ha asido nga solusyon.

Halimbawa 2. An 0.350 g han potassium hydroxide gintunaw basi maghimo hin 750.0 mL nga solusyon. Gamit an IUPAC nga standard nga atomic weight nga gin-round hasta duha nga desimal (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, ngan [OH⁻] = 6.24 × 10⁻³ mol / 0.7500 L = 8.32 × 10⁻³ mol/L. pOH = 2.080, ngan pH = 14.00 − 2.080 = 11.92, nga gin-limitahan hasta duha nga desimal nga lugar han 14.00.

Halimbawa 3. Pangitaa an pH han 3.60 × 10⁻³ mol/L nga strontium hydroxide. An Sr(OH)₂ nagpapagawas hin duha nga hydroxide ion kada formula unit, salit [OH⁻] = 2 × 3.60 × 10⁻³ = 7.20 × 10⁻³ mol/L. pOH = 2.143 ngan pH = 14.00 − 2.143 = 11.86. An pagkalimot han factor nga 2 maghahatag hin pH nga mga 0.30 nga sobra ka ubos.

Halimbawa 4. An solusyon may pH nga 4.62. Baliska an logarithm: [H₃O⁺] = 10 nga ginpataas ha puwersa nga −4.62 = 2.4 × 10⁻⁵ mol/L. An duha nga desimal nga lugar ha pH nagtutugot hin duha nga mahinungdanon nga mga digit ha konsentrasyon. An pOH 14.00 − 4.62 = 9.38, salit [OH⁻] = 4.2 × 10⁻¹⁰ mol/L.

Mga sayop ha logarithm ngan stoichiometry ha buhat nga pH

Kadam-an han sayop ha pH tikang ha logarithm o ha pormula han asido o base. An madali nga pagsusi han katarungan nakakadakop hin damo: an asido nga mga solusyon ha 25 °C may pH nga mas ubos kay ha 7, an base nga mga solusyon mas taas kay ha 7, ngan an kada factor nga napulo ha konsentrasyon nagbabalhin han pH hin usa nga yunit.

Mag-amping ha hilarom nga gin-palabnaw nga makusog nga mga asido. An 1.0 × 10⁻⁸ mol/L nga solusyon han HCl diri may pH nga 8, nga base unta. Ha sugad hini kagutiay nga mga konsentrasyon, an mga hydronium nga ion tikang ha kalugaringon nga ionization han tubig diri puyde ipasagdon, ngan an bug-os nga pagtrato naghahatag hin pH nga mga 6.98, gutiay nga ubos han neutral.

• Pagtangtang han minus nga timaan: an −log han numero nga mas gutiay kay ha 1 positibo. An negatibo nga pH tikang ha ordinaryo nga gin-palabnaw nga solusyon nagpapakita hin sayop ha timaan.
• Pagkalimot han stoichiometry: an Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ ngan Ba(OH)₂ tagsa-tagsa nagpapagawas hin duha nga OH⁻ kada formula unit.
• Paggamit han pH kun an base naghahatag han pOH: pangitaa anay an pOH tikang ha [OH⁻], unya i-convert.
• Pagtrato han huyang nga asido sugad nga makusog: an [H₃O⁺] pariho la han konsentrasyon han asido para ha makusog nga mga asido.
• Pagpadapat han pH + pOH = 14.00 ha mga temperatura nga hirayo ha 25 °C.