Калькулятор pH розчину

Стаття містить два калькулятори - перший для розрахунку pH розчину сильної кислоти або сильної основи, другий - для розрахунку pH розчину слабкої кислоти або слабкої основи.

Нижче калькулятори призначені для вирішення хімічних завдань. Або, якщо завгодно, для перевірки відповідей. Перший калькулятор розраховує pH розчину сильної кислоти або сильної основи за заданими формулою речовини та молярності розчину. Другий калькулятор розраховує pH розчину слабкої кислоти або слабкої основи по заданим константі дисоціації та молярності розчину. Опис розрахунку з деякою теорією можна знайти під калькуляторами.

Розрахунок pH у розчинах сильних кислот та основ

Розрахунок pH у розчинах слабких кислот та основ

pH розчину

pH означає "pondus Hydrogenii", "potential of hydrogen" або "power of hydrogen" - вага або потенціал водню. pH обчислюється як величина, протилежна за знаком і рівна за модулем десяткового логарифму активності водневих іонів, вираженої в молях на літр.

pH є мірою кислотності водяних розчинів. Однак, у більшості завдань на розчини для опису розчину зазвичай використовується молярна концентрація розчину або молярність. Як пов'язані ці дві величини?

Активність іонів, звичайно, залежить від їхньої концентрації і ця залежність описується наступним рівнянням:

де,
– активність іонів водню
- Коефіцієнт активності іонів водню
- Концентрація іонів водню

Коефіцієнт активності є функцією від концентрації іонів і прагне 1 у міру розведення розчину. При цьому для ідеальних розчинів концентрації іонів дорівнюють концентрації розчиненої речовини з урахуванням коефіцієнтів у формулі сполуки.Тому для більшості завдань, що передбачають ідеальні розчини, можна використовувати логарифм на основі 10 від молярної концентрації розчину.

Те, як поводиться водний розчин, як кислота чи як основа, залежить кількості іонів водню (H+). Вода, сама по собі, містить кілька іонів водню 1 завдяки явищу автодисоціації:

Відомо, що в стані рівноваги за стандартних умов (750 мм.рт.ст. і 25°C), 1 літр чистої води містить моль іонів і моль іонів, отже, вода за стандартних умов має pH рівний 7. Кислоти віддають іони водню, так що водні розчини кислот містять більше іонів ніж нейтральна вода, і показник pH таких розчинів менше 7. Підстави приймають іони водню, які виникають при автодисоціації води, так що водні розчини основ містять меншу кількість іонів водню ніж нейтральна вода і показник pH таких розчинів більше 7. Тобто низьке значення pH вказує на високу концентрацію іонів водню і навпаки.

Шкала pH є логарифмічною, тобто різниця значень у одиницю означає різницю концентрацій на порядок – у десять разів.

Розрахунок показника pH молярної концентрації розчину відрізняється у випадках сильних і слабких кислот і основ.

Сильна кислота / Сильна основа

Сильні кислоти та основи – це речовини, які, з практичної точки зору, повністю дисоціюють на іони у воді. Отже, концентрацію іонів водню у таких розчинах можна прийняти рівної концентрації речовини. Розрахунок pH у цьому випадку стає очевидним:

Для розчинів основ відома концентрація основи, тобто, концентрація гідроксид іонів OH-. Отже можна розрахувати pOH:

Виходячи з рівноважних концентрацій H+ та OH− у воді, pH та pOH пов'язані співвідношенням , що виконується для будь-якого водного розчину

Таким чином, для основ:

Усього сім кислот вважаються сильними:

• Соляна кислота HCl
• Азотна кислота HNO3
• Сірчана кислота H2SO4
• Бромоводород HBr
• Йодоводнева кислота HI
• Хлорна кислота HClO4
• Хлорнуватия кислота HClO3

Сильних підстав не набагато більше, і не всі з них розчиняються у воді. До розчинних належать:

• Гідроксид літію LiOH
• Гідроксид натрію NaOH
• Гідроксид калію KOH
• Гідроксид рубідія RbOH
• Гідроксид цезію CsOH

Розчин сильної кислоти з концентрацією 1 M (1 моль/літр) має pH рівний 0. Розчин сильної основи з концентрацією 1 M (1 моль/літр) має pH рівний 14. проте негативні значення pH, як і значення pH більше 14 цілком можливі.

Слабка кислота / слабка основа

Слабкі кислоти та основи лише частково дисоціюють у воді. Це ускладнює обчислення рН. Хоча формула залишається такою ж: для обчислення концентрації іонів [H+] знадобиться ще константа дисоціації.

Формула константи дисоціації кислоти Ka:

де:
– концентрація іонів H+
- Концентрація аніонів
– концентрація недисоційованої сполуки
для реакції

Ця формула визначає стан рівноваги. Щоб знайти H+, складемо наступну таблицю зміни концентрації. У таблиці позначимо шукану концентрацію H+ як x:

Використовуємо ці величини у формулі для Ka:

Отримаємо квадратне рівняння:

Вирішуємо його, обравши позитивний корінь. Після чого знайдене значення можна підставити формулу pH.

Той самий спосіб застосовується і до розчинів основ, тільки використовується константа дисоціації підстави і спочатку розраховується pOH.

Зазвичай константи дисоціації дано за умови завдання, чи його можна подивитися у таблиці для відомих сполук.

Варто зауважити, що в таблицях для деяких кислот вказується кілька значень Ka. Це багатоосновні кислоти, які можуть віддати в розчин більш ніж один протон.

Наприклад, для фосфорної кислоти:

Тому в завданнях зазвичай розглядається віддача лише одного протона, і для всіх обчислень можна використовувати стохіометричний коефіцієнт 1.

1. Строго кажучи іон водню недовго перебуває у вигляді вільного протона, оскільки він швидко гідратується молекулою води.

Як порахувати pH

Співавтор(и): Chris Hasegawa, PhD. право займатися викладанням, отриманий у Каліфорнійському університеті в Дейвісі Отримав науковий ступінь PhD з навчального планування та методики викладання в Орегонському університеті. Орегоні та Аризоні.

Кількість переглядів цієї статті: 152 877.

У побуті під pH мають на увазі зазвичай шкалу, що використовується для опису нейтральності або, навпаки, нестачі нейтральності тієї чи іншої речовини. У науковому значенні величина pH відповідає кількості іонів у хімічному розчині. Якщо ви вивчаєте хімію або пов'язані з нею предмети, вам може знадобитися розрахувати рівень pH, ґрунтуючись на концентрації речовин у розчині. Значення pH знаходиться за такою формулою: pH = -lg[H₃O +].

Що таке pH

• Ознайомтеся зі шкалою pH. Значення на шкалі pH змінюються від 1 до 14. Чим менше число, тим кислотнішим є даний розчин. І навпаки, що вище значення, то більш лужним є розчин. [2] X Джерело інформації Наприклад, pH апельсинового соку становить 2, оскільки цей сік є досить кислотною рідиною. У хлорного відбілювача pH дорівнює 12, тому що в ньому багато лугу. [3] X Джерело інформації У середині шкали розташовуються відносно нейтральні розчини, такі як вода, pH якої становить 7.
• Різниця між двома розчинами на 1 пункт за шкалою pH означає, що вони різняться кислотністю в 10 разів. Наприклад, якщо взяти два розчини зі значеннями pH 6 і 7, кислотність першого розчину з pH 6 буде вищою за кислотність другого розчину з pH 7 в 10 разів. А, наприклад, кислотність розчину з pH 6 вище за кислотність розчину з pH 8 в 100 разів. [4] X Джерело інформації

• Іноді формулу записують як pH = -lg[H + ]. Неважливо, чи стоїть у рівнянні H₃O + або H + обидві форми запису рівноцінні.
• Для знаходження pH необов'язково вміти розраховувати десятковий логарифм, оскільки практично у кожному науковому чи інженерному калькуляторі є опція його обчислення.

Ознайомтеся із поняттям концентрації. Концентрація будь-якої речовини відповідає числу частинок цієї речовини, присутніх у розчині. [6] X Джерело інформації Як правило, концентрація виявляється у кількості молей на одиницю об'єму і позначається як m/V, або M. У хімічних лабораторіях концентрації розчинів пишуть на пляшках з ними. Якщо ви вирішуєте хімічну задачу, концентрація може бути дана в умові або її потрібно знайти.

Розрахунок pH за відомою концентрацією

• У хімії квадратні дужки означають концентрацію чогось. Отже формула до розрахунку pH читається як «pH дорівнює негативному логарифму концентрації гидроксоний-ионов».

• Наприклад, якщо концентрація становить 1,05 x 10 5 M, запишіть формулу для розрахунку pH у такому вигляді: pH = -lg[1,05 x 10 5 M]

Розрахуйте pH. Для цього зручно використати науковий калькулятор. Спочатку введіть мінус, натиснувши кнопку «+/-». Потім натисніть кнопку "log", що відповідає десятковому логарифму (в англійській мові десятковий логарифм позначається як log). На екрані з'явиться "-log". [9] X Джерело інформації Потім натисніть ліву дужку та введіть концентрацію. При необхідності не забудьте вказати значення ступеня. [10] X Джерело інформації Після цього закрийте дужки. [11] X Джерело інформації В результаті на екрані калькулятора ви побачите «-log(1,05x10 5 ). Натисніть "=". У вас має вийти значення pH, що дорівнює 4,98.

Розрахунок концентрації за відомим значенням pH

Визначте, що дано і що потрібно знайти. Запишіть формулу для обчислення рН. Після цього з'ясуйте відомі величини, виписавши їх значення під формулою. Наприклад, якщо відомо, що pH дорівнює 10,1, запишіть число під pH у формулі.

• Перетворюючи рівність pH = -log[H₃O + ], отримуємо формулу + [H₃O + ] = 10 -pH , тобто концентрація іонів дорівнює десяти ступенем -pH. Тепер замість pH підставляємо відоме значення, у разі 10,1.

• У прикладі pH дорівнює 10,1. Наберіть 10 і натисніть EXP. Після цього натисніть "-/+", змінюючи знак. Нарешті, введіть значення pH «10,1» і натисніть клавішу «=». В результаті у вас має вийти 1e-100. Це означає, що концентрація становить 1,00 х 10 -100 М.

Обміркуйте отриману відповідь. Чи має він фізичне значення? Якщо pH дорівнює 10,1, це означає, що концентрація гідроксонію надзвичайно мала, і у вас лужний розчин. [12] X Джерело інформації Таким чином, знайдена дуже низька концентрація відповідає

• Якщо обчислення рівня pH спочатку видається вам важким, не забувайте, що існує безліч джерел, що дозволяють більше дізнатися про це питання. Скористайтеся підручником хімії або попросіть викладача допомогти вам.

Додаткові статті

1. ↑http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/ph_def.htm
2. ↑http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/ph_def.htm
3. ↑http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/ph_def.htm
4. ↑http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/ph_def.htm
5. ↑https://www.mathsisfun.com/algebra/logarithms.html
6. ↑http://www.gcsescience.com/m28.htm
7. ↑http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch17/ph.php
8. ↑http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch17/ph.php
9. ↑http://www.chemteam.info/AcidBase/pH.html

Про цю статтю

Співавтор(и): Chris Hasegawa, PhD. Доктор Кріс Хасегава - колишній викладач природничих наук та декан з Університету штату Каліфорнія, Монтерей-Бей. Спеціалізується на навчанні студентів складним науковим концепціям. Має ступінь бакалавра з біохімії, магістерський ступінь з педагогіки та сертифікат на право займатися викладанням, здобутий у Каліфорнійському університеті в Дейвісі.Здобув науковий ступінь PhD з навчального планування та методики викладання в Орегонському університеті. Перш ніж стати викладачем, займався біохімічними дослідженнями в галузі нейрофармакології в Національному інституті охорони здоров'я. Також викладав фізику та біологію та працював адміністратором у державних школах у Каліфорнії, Орегоні та Аризоні. Кількість переглядів цієї статті: 152 877.