Àwọn Ásídì, Àwọn Bésì àti pH: Ìgbékalẹ̀ Prótónì àti Òṣùwọ̀n Lọ́gàrítìmù

Láti àwọn ásídì Arrhenius sí ìgbékalẹ̀ prótónì Brønsted–Lowry

Arrhenius túmọ̀ ásídì sí agbo tó ń mú àwọn íọ̀nù hídírójìn jáde nínú omi àti bésì sí èyí tó ń mú àwọn íọ̀nù háídíróksídì jáde. Ìtumọ̀ náà ń ṣiṣẹ́ fún ásídì hídírókílóríìkì àti sódíọ́mù háídíróksídì, ṣùgbọ́n kò lè ṣàlàyé ìdí tí amóníà, NH₃, tí kò ní háídíróksídì, fi ń mú omi di bésì.

Ìtumọ̀ Brønsted–Lowry ń tún èyí ṣe nípa dídojúkọ prótónì. Ásídì jẹ́ olùfúnni prótónì bésì sì jẹ́ olùgbà prótónì, nítorí náà ìhùwàpọ̀ ásídì–bésì kọ̀ọ̀kan jẹ́ ìgbékalẹ̀ prótónì láti irú kan sí òmíràn. Amóníà jẹ́ bésì nítorí ó ń gba prótónì láti inú omi: NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq).

Prótónì lásán kì í wà lómìnira nínú omi. Ó ń so mọ́ mọ́lẹ́kùùlù omi láti ṣẹ̀dá íọ̀nù háídírọ́níọ́mù, H₃O⁺. Àwọn onímọ̀ kẹ́místrì sábà máa ń kọ H⁺(aq) bí àkọtọ́ kúkúrú, àwọn àkọtọ́ méjèèjì sì ní ìtumọ̀ kan náà nínú ìṣirò pH.

Rírí àwọn ìpéjú ásídì–bésì àjùmọ̀ṣepọ̀

Nígbà tí ásídì bá fúnni ní prótónì, ohun tó kù ni bésì àjùmọ̀ṣepọ̀ rẹ̀; nígbà tí bésì bá gba prótónì, ó di ásídì àjùmọ̀ṣepọ̀ rẹ̀. Àwọn ọmọ ẹgbẹ́ méjèèjì ti ìpéjú àjùmọ̀ṣepọ̀ yàtọ̀ nípa H⁺ kan gan-an. Nínú HF(aq) + H₂O(l) ⇌ F⁻(aq) + H₃O⁺(aq), àwọn ìpéjú náà ni HF/F⁻ àti H₃O⁺/H₂O.

Omi hàn bí bésì nínú ìhùwàpọ̀ HF àti bí ásídì nínú ìhùwàpọ̀ amóníà. Irú tó lè fúnni tàbí gba prótónì ni a ń pè ní àmfíprótìkì. Hídírójìn kábọ́nétì, HCO₃⁻, jẹ́ àpẹẹrẹ mìíràn: ó lè pàdánù prótónì láti di CO₃²⁻ tàbí jèrè ọ̀kan láti di H₂CO₃.

• Kọ ìdọ́gba náà kí o sì rí irú tó ń pàdánù H⁺ bí ó ti ń lọ láti òsì sí ọ̀tún. Èyí ni ásídì.
• Rí irú tó ń jèrè H⁺. Èyí ni bésì.
• So ohun ìhùwàpọ̀ kọ̀ọ̀kan pọ̀ mọ́ èso tó yàtọ̀ sí i nípa H⁺ kan, kí o sì ṣàyẹ̀wò pé àwọn ẹrù iná yàtọ̀ nípa ọ̀kan.

Líle àti aláìlágbára ń ṣàpèjúwe ìwọ̀n, kì í ṣe ìpọ̀

Ásídì líle ń di íọ̀nù pátápátá nínú omi, nítorí náà mọ́lẹ́kùùlù ásídì kọ̀ọ̀kan tó tú ń fún ni H₃O⁺ àti bésì àjùmọ̀ṣepọ̀ rẹ̀. Àwọn ásídì líle tó wọ́pọ̀ ni HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄ àti H₂SO₄ (fún prótónì àkọ́kọ́ rẹ̀). Àwọn bésì líle tó wọ́pọ̀ ni àwọn háídíróksídì ti àwọn irin ẹgbẹ́ 1 àti ti kálísíọ́mù, sítrọ́ńtíọ́mù àti báríọ́mù. Ásídì aláìlágbára ń di íọ̀nù ní apá kan péré, a sì ṣẹ̀dá ìwọ́ntúnwọ́nsí láàrin mọ́lẹ́kùùlù àti àwọn íọ̀nù rẹ̀.

Agbára àti ìpọ̀ jẹ́ èrò yàtọ̀. Ojútùú tó rọ̀ ti ásídì líle lè ní íọ̀nù háídírọ́níọ́mù díẹ̀ ju ojútùú tó pọ̀ ti ásídì aláìlágbára lọ. Ní ìpọ̀ tó dọ́gba, ìyàtọ̀ náà tóbi. Ojútùú HCl 0.10 mol/L ní [H₃O⁺] = 0.10 mol/L àti pH 1.00. Ásídì asítíìkì, pẹ̀lú alábàádọ́gba ìdi-íọ̀nù ásídì Ka = 1.8 × 10⁻⁵ (Àfikún H OpenStax), jẹ́ nǹkan bí ìdá ọgọ́rùn-ún kan péré tí ó di íọ̀nù ní 0.10 mol/L, pH rẹ̀ sì jẹ́ nǹkan bí 2.9. Àwọn ìṣirò ìwọ́ntúnwọ́nsí ásídì aláìlágbára jẹ́ àkòrí yàtọ̀; ìtọ́sọ́nà yìí ń lo ìfiwéra náà nìkan.

Agbára ásídì àti bésì àjùmọ̀ṣepọ̀ rẹ̀ so mọ́ ara wọn. Àwọn bésì àjùmọ̀ṣepọ̀ ti àwọn ásídì líle, bíi Cl⁻ àti NO₃⁻, ní ìtẹ̀sí tí kò tó nǹkan láti gba prótónì nínú omi.

Ọjà íọ̀nù omi, pH àti pOH

Àní omi mímọ́ ní íọ̀nù díẹ̀, nítorí àwọn mọ́lẹ́kùùlù omi ń gbé prótónì fún ara wọn: 2 H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + OH⁻(aq). Alábàádọ́gba ìwọ́ntúnwọ́nsí fún ìdi-íọ̀nù-ara-ẹni yìí ni Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴ ní 25 °C. Nínú omi mímọ́ àwọn ìpọ̀ méjèèjì dọ́gba, 1.0 × 10⁻⁷ mol/L kọ̀ọ̀kan. Nínú ojútùú inú omi èyíkéyìí ní 25 °C, tí o bá mọ ìpọ̀ kan o lè rí èkejì nípa pípín Kw pẹ̀lú rẹ̀.

Nítorí àwọn ìpọ̀ wọ̀nyí tàn káàkiri ọ̀pọ̀ agbára mẹ́wàá, àwọn onímọ̀ kẹ́místrì ń lo lọ́gàrítìmù: pH = −log[H₃O⁺] àti pOH = −log[OH⁻]. Gbígba lọ́gàrítìmù òdì ti ọ̀rọ̀ Kw fún ni pH + pOH = 14.00 ní 25 °C. Àyípadà ẹ̀ka pH kan jẹ́ àyípadà ìlọ́po mẹ́wàá nínú ìpọ̀ háídírọ́níọ́mù, nítorí náà ojútùú ní pH 3 ní ìlọ́po 100 ti [H₃O⁺] ti èyí tó wà ní pH 5.

Aláìdá túmọ̀ sí [H₃O⁺] = [OH⁻], èyí tó jẹ́ pH 7.00 ní 25 °C nìkan. Kw ń pọ̀ sí i pẹ̀lú ìwọ̀n ooru; OpenStax fún ni nǹkan bí 5.6 × 10⁻¹³ ní 100 °C, níbi tí omi aláìdá ti ní pH tó sún mọ́ 6.1. Fún àwọn lọ́gàrítìmù, iye àwọn ibi ìdá mẹ́wàá nínú pH dọ́gba iye díjítì pàtàkì nínú ìpọ̀.

Ṣíṣírò pH fún àwọn ásídì líle àti àwọn bésì líle

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 1. Rí pH ásídì náítíríkì 4.6 × 10⁻³ mol/L. HNO₃ jẹ́ líle, nítorí náà [H₃O⁺] = 4.6 × 10⁻³ mol/L. pH = −log(4.6 × 10⁻³) = 2.34. Ìpọ̀ náà ní díjítì pàtàkì méjì, nítorí náà pH ní ibi ìdá mẹ́wàá méjì. Lẹ́yìn náà [OH⁻] = (1.0 × 10⁻¹⁴)/(4.6 × 10⁻³) = 2.2 × 10⁻¹² mol/L, kékeré bí a ti retí nínú ojútùú ásídì.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 2. A tú 0.350 g pọ́tásíọ́mù háídíróksídì láti ṣe 750.0 mL ojútùú. Nípa lílo àwọn ìwúwo átọ̀mù àjọṣe IUPAC tí a ṣe àyè-yíyípo sí ibi ìdá mẹ́wàá méjì (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, àti [OH⁻] = 6.24 × 10⁻³ mol / 0.7500 L = 8.32 × 10⁻³ mol/L. pOH = 2.080, àti pH = 14.00 − 2.080 = 11.92, tí 14.00 dín kù sí ibi ìdá mẹ́wàá méjì.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 3. Rí pH sítrọ́ńtíọ́mù háídíróksídì 3.60 × 10⁻³ mol/L. Sr(OH)₂ ń tú íọ̀nù háídíróksídì méjì jáde fún ẹ̀ka fọ́múlà kọ̀ọ̀kan, nítorí náà [OH⁻] = 2 × 3.60 × 10⁻³ = 7.20 × 10⁻³ mol/L. pOH = 2.143 àti pH = 14.00 − 2.143 = 11.86. Gbígbàgbé kókó 2 yóò fún ni pH tó kéré jù nǹkan bí 0.30.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́ 4. Ojútùú kan ní pH 4.62. Yí lọ́gàrítìmù po: [H₃O⁺] = 10 sí agbára −4.62 = 2.4 × 10⁻⁵ mol/L. Àwọn ibi ìdá mẹ́wàá méjì nínú pH jẹ́ kí díjítì pàtàkì méjì wà nínú ìpọ̀. pOH jẹ́ 14.00 − 4.62 = 9.38, nítorí náà [OH⁻] = 4.2 × 10⁻¹⁰ mol/L.

Àwọn àṣìṣe lọ́gàrítìmù àti sítọ́ikíọ́mẹ́tírì nínú iṣẹ́ pH

Ọ̀pọ̀ àṣìṣe pH wá láti lọ́gàrítìmù tàbí láti fọ́múlà ásídì tàbí bésì náà. Àyẹ̀wò ọgbọ́n kíákíá ń mú ọ̀pọ̀ nínú wọn: àwọn ojútùú ásídì ní 25 °C ní pH tó kéré ju 7, àwọn bésì ga ju 7, ìlọ́po mẹ́wàá kọ̀ọ̀kan nínú ìpọ̀ sì ń gbé pH ní ẹ̀ka kan.

Ṣọ́ra pẹ̀lú àwọn ásídì líle tó rọ̀ gan-an. Ojútùú HCl 1.0 × 10⁻⁸ mol/L kò ní pH 8, èyí tí ìbá jẹ́ bésì. Ní àwọn ìpọ̀ tó rẹlẹ̀ báyìí, àwọn íọ̀nù háídírọ́níọ́mù láti ìdi-íọ̀nù omi fúnra rẹ̀ kò kéré, ìtọ́jú pípé sì fún ni pH nǹkan bí 6.98, tó kéré díẹ̀ sí aláìdá.

• Jíjù àmì òdì sílẹ̀: −log nọ́ńbà tó kéré ju 1 jẹ́ rere. pH òdì láti ojútùú rọ̀ déédé ń fi àṣìṣe àmì hàn.
• Gbígbàgbé sítọ́ikíọ́mẹ́tírì: Ca(OH)₂, Sr(OH)₂ àti Ba(OH)₂ kọ̀ọ̀kan ń tú OH⁻ méjì jáde fún ẹ̀ka fọ́múlà kọ̀ọ̀kan.
• Lílo pH nígbà tí bésì fún ni pOH: rí pOH láti [OH⁻] ní àkọ́kọ́, lẹ́yìn náà yí padà.
• Kíka ásídì aláìlágbára sí líle: [H₃O⁺] dọ́gba ìpọ̀ ásídì fún àwọn ásídì líle nìkan.
• Lílo pH + pOH = 14.00 ní àwọn ìwọ̀n ooru tó jìnnà sí 25 °C.