Cum se calculează pH-ul unui acid slab

Calcularea pH-ului unui acid slab este un pic mai complicată decât determinarea pH-ului unui acid puternic, deoarece acizii slabi nu se disociază complet în apă. Din fericire, formula pentru calculul pH-ului este simplă. Iată ce faci.

Cheltuieli cheie: pH-ul unui acid slab

• Găsirea pH-ului unui acid slab este puțin mai complicată decât găsirea pH-ului unui acid puternic, deoarece acidul nu se disociează complet în ionii săi.
• Ecuația pH-ului este în continuare aceeași (pH = -log [H⁺]), dar trebuie să folosiți constanta de disociere a acidului (K_A) a găsi [H⁺].
• Există două metode principale de soluționare a concentrației ionilor de hidrogen. Una implică ecuația cvadratică. Celălalt presupune că acidul slab abia se disociează în apă și aproximează pH-ul. Care alegi depinde de cât de exact trebuie să ai răspunsul. Pentru teme, folosiți ecuația cvadratică. Pentru o estimare rapidă în laborator, utilizați aproximarea.

pH-ul unei probleme cu acid slab

Care este pH-ul unei soluții de acid benzoic 0,01 M?

Date: acid benzoic K_A= 6,5 x 10^-5

Soluţie

Acidul benzoic se disociază în apă sub formă de:

C₆H₅COOH → H⁺ + C₆H₅GÂNGURI^-

Formula pentru K_A este:

K_A = [H⁺] [B^-] / [HB]

Unde:
[H⁺] = concentrația de H⁺ ionii
[B^-] = concentrația ionilor de bază conjugați
[HB] = concentrația moleculelor de acid nedisociate
pentru o reacție HB → H⁺ + B^-

Acidul benzoic disociază un H⁺ ion pentru fiecare C₆H₅GÂNGURI^- ion, deci [H⁺] = [C₆H₅GÂNGURI^-].

Fie x să reprezinte concentrația de H⁺ care se disociază de HB, apoi [HB] = C - x unde C este concentrația inițială.

Introduceți aceste valori în K_A ecuaţie:

K_A = x · x / (C -x)
K_A = x² / (C - x)
(C - x) K_A = x²
x² = CK_A - xK_A
x² + K_Ax - CK_A = 0

Rezolvați x folosind ecuația patratică:

x = [-b ± (b² - 4ac)^½] / 2a

x = [-K_A + (K_A² + 4CK_A)^½] / 2

** Notă ** Tehnic, există două soluții pentru x. Deoarece x reprezintă o concentrație de ioni în soluție, valoarea pentru x nu poate fi negativă.

Introduceți valori pentru K_A și C:

K_A = 6,5 x 10^-5
C = 0,01 M

x = -6,5 x 10^-5 + [(6,5 x 10^-5) ² + 4 (0,01) (6,5 x 10)^-5)]^½ / 2
x = (-6,5 x 10)^-5 + 1,6 x 10^-3) / 2
x = (1,5 x 10)^-3) / 2
x = 7,7 x 10^-4

Găsiți pH:

pH = -log [H⁺]

pH = -log (x)
pH = -log (7,7 x 10)^-4)
pH = - (- 3,11)
pH = 3,11

Răspuns

PH-ul unei soluții de acid benzoic 0,01 M este 3,11.

Soluție: Metoda rapidă și murdară pentru a găsi pH-ul acid slab

Majoritatea acizilor slabi abia se disociază în soluție. În această soluție am găsit acidul disociat doar de 7,7 x 10^-4 M. Concentrația inițială a fost de 1 x 10^-2 sau de 770 de ori mai puternic decât concentrația de ioni disociată.

Valorile pentru C - x atunci ar fi foarte apropiate de C pentru a părea neschimbate. Dacă înlocuim C pentru (C - x) în K_A ecuaţie,

K_A = x² / (C - x)
K_A = x² / C

Cu aceasta, nu este necesară utilizarea ecuației patratice pentru a rezolva x:

x² = K_A· C

x² = (6,5 x 10)^-5) (0.01)
x² = 6,5 x 10^-7
x = 8,06 x 10^-4

Găsiți pH-ul

pH = -log [H⁺]

pH = -log (x)
pH = -log (8,06 x 10)^-4)
pH = - (- 3,09)
pH = 3,09

Rețineți că cele două răspunsuri sunt aproape identice cu o diferență de doar 0,02. De asemenea, observați că diferența dintre x a primei metode și x a celei de-a doua metode este de doar 0.000036 M. Pentru majoritatea situațiilor de laborator, a doua metodă este „suficient de bună” și mult mai simplă.

Verificați-vă munca înainte de a raporta o valoare. PH-ul unui acid slab trebuie să fie mai mic de 7 (nu este neutru) și de obicei este mai mic decât valoarea unui acid puternic. Rețineți că există excepții. De exemplu, pH-ul acidului clorhidric este 3,01 pentru o soluție de 1 mM, în timp ce pH-ul acidului clorhidric este de asemenea scăzut, cu o valoare de 3,27 pentru o soluție de 1 mM.

surse

• Bates, Roger G. (1973). Determinarea pH-ului: teorie și practică. Wiley.
• Covington, A. K.; Bates, R. G.; Durst, R. A. (1985). "Definițiile scărilor de pH, valorile de referință standard, măsurarea pH-ului și terminologia aferentă". Pure Appl. Chem. 57 (3): 531-542. doi: 10.1351 / pac198557030531
• Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Chimie anorganică (Ediția a 2-a). Sala Prentice. ISBN 978-0130399137.
• Myers, Rollie J. (2010). „O sută de ani de pH”. Journal of Chemical Education. 87 (1): 30-32. doi: 10.1021 / ed800002c
• Miessler G. L.; Tarr D .A. (1998). Chimie anorganică (Ediția a 2-a). Prentice-Hall. ISBN 0-13-841891-8.