VII.9. Calcularea pH-ului soluțiilor de acizi monoprotici tari și baze monoprotice tari.
Calcularea pH-ului soluțiilor de acizi monoprotici tari și baze monoprotice tari este simplă deoarece, aceste substanțe ionizează total (aproape total) în soluții apoase.
Pentru soluțiile acizilor tari concentrația ionilor de hidroniu este egală cu concentrația molară a soluției.
La dizolvarea unui acid tare (HA) în apă are loc ionizarea acidului în apă, cu formarea anionului A- și cationului hidroniu H3O+ (molecula acidului cedează ioni H+ unui molecule de apă cu formarea H3O+):
HA + H2O → H3O+ + A-
[H3O+]= lg[A- ]= concentrația molară (molaritatea) soluției acidului
pH-ul soluțiilor acizilor tari este egal cu logaritmul zecimal al concentrației molare a ionilor de hidroniu, luat cu semnul minus.
pH = – lg[H3O+] = – lg[H+]
Pentru soluțiile bazelor tari concentrația ionilor de hidroxil este egală cu concentrația molară a soluției.
La dizolvarea unei baze tari (MOH) în apă are loc ionizarea bazei în apă, cu formarea anionului OH- și cationului metalic M+:
MOH → M+ + OH-
[OH-] = [M+] = concentrația molară (molaritatea) soluției bazei
pOH-ul soluțiilor bazelor tari este egal cu logaritmul zecimal al concentrației molare a ionilor de hidroxil, luat cu semnul minus.
pOH = – lg[HO-]
pH = 14 – pOH
🔓 Probleme rezolvate
1. Calculează pH-ul unei soluții 0,001 M KOH din valoarea concentrației ionilor hidroniu.
Rezolvare:
2. Să se calculeze pH-ul unei soluții de HCl care are concentrația molară de:
a) 0,1 M
b) 1 M
c) 10-7 M
d) 10-11 M
Rezolvare:
a)
[H3O+] = 0,1 M = 10-1 M
pH = – lg[H3O+] = – lg 10-1 = 1
b)
[H3O+] = 1 M = 100 M
pH = – lg[H3O+] = – lg 100 = 0
c)
[H3O+] = 10-7 M
Concentrația molară a ionilor de H3O+ din ionizarea apei (10-7 M), influențează calcularea pH-ului soluțiilor de acizi tari, la care concentrația molară este egală sau mai mică de 10-7 M.
Când soluția de acid este diluată, în ea există ioni de H3O+ proveniți din ionizarea totală a acidului și care au concentrația molară de 10-7 M și ioni de H3O+ proveniți din autoprotoliza apei și care au concentrația molară de 10-7 M. Deci, când soluția acidului este diluată nu mai putem aplica formula pH = – lg[H3O+], numai ținând cont de concentrația ionilor de hidroniu proveniți de la acid. Trebuie să ținem cont și de concentrația ionilor de hidroniu proveniți de la apă.
Concentrația molară totală este :
[H3O+] = [H3O+] ionizare HCl + [H3O+] ionizare H2O
[H3O+] = 10-7 M + 10-7 M = 2 ∙ 10-7 M
pH = – lg[H3O+] = – lg 2 ∙ 10-7 = – (lg 2 + lg 10-7) = –(0,30 – 7) = 6,7
d)
Concentrația molară totală este :
[H3O+] = [H3O+] ionizare HCl + [H3O+] ionizare H2O
[H3O+] = 10-10M + 10-7 M ≅ 10-7 M (matematic 10-10 este foarte mic față de 10-7).
pH = – lg[H3O+] = – lg 10-7 = 7
Toate soluțiile de acizi tari monovalenți, respectiv baze tari monovalente foarte diluate (de exemplu, 10-10 M, 10-11 M) unde apa își pune amprenta asupra pH-ului soluției sunt neutre.
3. Se amestecă 600 mL soluție de acid clorhidric cu pH = 1 cu 400 mL soluție de hidroxid de potasiu cu pH = 13 . Calculați pH-ul soluției finale.
Rezolvare:
Se transformă volumul celor două soluții din mL în litri :
V1 = 600 mL = 0,6 L HCl
V2 = 400 mL = 0,4 L KOH
HCl este un acid tare care disociază complet:
CM1 ≅ [H3O+]
_Se calculează concentrația molară de acid clorhidric :
pH = -lg[H3O+] → CM1 ≅ [H3O+] = 10-pH = 10-1 mol/L
KOH este o bază tare care disociază complet:
CM2 ≅ [HO-]
Se calculează pOH-ului soluției de KOH:
pOH = -lg[HO-]
pH + pOH = 14
pOH = 14 – pH = 14 -13 = 1
Se calculează concentrația molară de hidroxid de potasiu:
CM2 ≅ [HO-] = 10-pOH = 10-1 mol/L
Se calculează cantitatea de HCl:
ν1 = CM1 ∙ V1 = 0,1 ∙ 0,6 = 0,06 moli de HCl
ν2 = CM2 ∙ V2 = 0,1 ∙ 0,4 = 0,04 moli de KOH
Se calculează cantitatea de HCl care se consumă în reacția cu KOH:
x = 0,04 moli HCl se consumă în reacția cu KOH
Se calculează numărul de moli de HCl în exces:
ν3 = 0,06 – 0,04 = 0,02 moli HCl în exces
Se calculează volumul soluției finale și concentrația molară a soluției finale:
VS = 0,6 + 0,4 = 1 L
CMfinală = ν3/Vs = 0,02 mol/L = 10-2 mol/L
Se calculează pH-ului soluției finale :
CMfinală ≅ [H3O+] = 10-pH = 10-2 mol/L
pHfinal = -lg[H3O+] = 2