Kyseliny a zásady
Přihlásit se
Kyseliny a zásady (15/15) · 14:15

pH roztoků solí Příklad výpočtu pH 0,25 molárního roztoku octanu sodného a 0,05 molárního roztoku chloridu amonného.

Navazuje na Chemické reakce a rovnováhy.
Chceme zjistit pH roztoků různých solí. Začneme s roztokem octanu sodného. V roztoku jsou sodné ionty, Na+ a octanové ionty CH3COO–. Sodné kationty s vodou reagovat nebudou, zatímco octanové anionty ano. Octanový anion je konjugovaná báze ke kyselině octové. Octanový anion tedy bude reagovat s vodou a bude se chovat jako zásada: odebere vodě proton. Pokud přidáme H+ k CH3COO–, dostaneme CH3COOH. Když vodě odebereme proton, když odbereme H+ z H2O, získáme OH–, tedy hydroxidový ion. Zapišme tedy počáteční koncentrace. Chceme spočítat pH roztoku. Začínáme s roztokem s 0,25 molární koncentrací octanu sodného. Je to tedy i koncentrace octanových aniontů. Píšeme tedy: počáteční koncentrace octanových iontů je 0,25 mol na litr. Když budeme předstírat, že nic nezreagovalo, máme pak nulovou koncentraci obou produktů, že? Takže nulová koncentrace pro oba produkty. Dále se podíváme na změnu. Když CH3COO–, octanový anion, zreaguje, přemění se na CH3COOH, neboli kyselinu octovou. O kolik snížíme koncentraci octanových aniontů, o tolik se zvýší koncentrace kyseliny octové. Pokud označíme koncentraci octanových aniontů, které reagují, X,... Reaguje tedy X. Pokud reaguje koncentrace X, ubude nám X a dostaneme X zde. To samé s hydroxidem. Získáme X, koncentraci hydroxidu. V rovnováze bude tedy koncentrace octanu 0,25 minus X, předpokládáme, že vše zde dosáhne rovnováhy. Koncentrace kyseliny octové je X. Koncentrace hydroxidu bude taky X. Dále tedy zapíšeme výraz k výpočtu rovnováhy. Jelikož zde octan reaguje jako zásada, píšeme "Kb"; takže píši Kb se rovná koncentrace produktů lomeno koncentrace reaktantů. Tedy koncentrace CH3COOH krát koncentrace hydroxidu, tedy krát koncentrace OH–, to celé lomeno koncentrace reaktantů. Ještě jednou, vodu nepíšeme. Zajímá nás zde pouze koncentrace octanového aniontu. Tak ji tam napíšeme. Takže... Podívejme se koncentraci kyseliny octové v rovnovážném stavu. V rovnováze je hodnota koncentrace X. Takže sem píši "X" a pro hydroxid je to to samé, že? Koncentrace hydroxidu v rovnováze je také X, takže napíšeme "X" sem. Dále, koncentrace octanového aniontu v rovnováze, koncentrace aniontů je 0,25 minus X. Takže, 0,25 minus X. Dále je potřeba zjistit hodnotu Kb pro tuto reakci. Tu pravděpodobně v tabulkách nenajdeme, ale najdeme hodnotu Ka pro kyselinu octovou. Kyselina octová a octanový aniont jsou konjugovaný pár a hodnotu Ka pro kyselinu octovou snadno najdeme v tabulkách. Hodnota Ka je rovna 1,8 krát 10 na –5. My chceme zjistit hodnotu Kb. Jaké je Kb pro konjugovanou bázi? Víme, že pro konjugovaný pár kyselina-zásada se Ka krát Kb rovná Kw, tudíž disociační konstantě vody. Teď tedy můžeme napsat: 1,8 krát 10 na –5 krát Kb se rovná hodnotě, kterou známe, jež je 1,0 krát 10 na –14. Jediná neznámá je tedy Kb. Do kalkulačky zadáme tedy 1,0 krát 10 na –14 děleno 1,8 krát 10 na –5. Dostaneme tedy 5,6 krát 10 na –10. Udělejme si zde více místa a napišme to. Takže Kb se rovná 5,6 krát 10 na –10. To je X na druhou, tedy X na druhou lomeno 0,25 minus X. Abychom si zjednodušili počítání, budeme předpokládat, že koncentrace X je mnohem mnohem menší než 0,25. V tom případě to je extrémně malé číslo, můžeme říct, že to je velmi blízko nule, a tedy 0,25 minus X je skoro to samé jako 0,25. To bude náš předpoklad, abychom si zjednodušili výpočet. Tedy 5,6 krát 10 na –10 se rovná X na druhou lomeno 0,25. Toto chceme vyřešit pro X. 5,6 krát 10 na –10 vynásobíme 0,25... Získáme 1,4 krát 10 na –10. Potřebujeme získat odmocninu z tohoto čísla, takže X se rovná... X se rovná 1,2 krát 10 na –5. Zapišme to tedy. X se rovná 1,2 krát 10 na –5. Co tedy X představuje? Máme tu zapsány všechny tyhle výpočty a možná jsme zapomněli, co vlastně X přestavuje. X přestavuje koncentraci hydroxidových iontů. Takže X se rovná koncentraci hydroxidových iontů. Zapišme to. X se rovná… Tohle je molární koncentrace, koncentrace hydroxidových iontů, a když tohle víme, můžeme se nakonec dostat k hodnotě pH. To byl také náš cíl. Spočítat pH roztoku. Odtud můžeme dostat pOH. Víme, že pOH se rovná zápornému logaritmu koncentrace hydroxidových iontů. Mohu tedy vzít záporný logaritmus toho, co máme, takže záporný logaritmus 1,2 krát 10 na –5, a dostanu pOH. Pojďme to spočíst. Takže –log(1,2 krát 10 na –5) mi dá pOH 4,92. Pokračuji a píši pOH se rovná 4,92. Nakonec, abychom získali pH, potřebujeme ještě jednu věc. pH plus pOH se rovná 14. Mohu dosadit za pOH a odečíst od 14. pH se tedy rovná 14 minus 4,92, což je 9,08. Takže pH se rovná 9,08. Roztok soli je tedy zásaditý. Spočtěme ještě jeden. Cílem je spočítat pH 0,050 molárního roztoku chloridu amonného. V chloridu amonném máme NH4+ a Cl–. Chloridové anionty nebudou významně reagovat s vodou, zatímco amonné ano. Zapišme reakci. NH4+ se bude chovat jako kyselina. Odevzdá H2O proton. Když H2O přijme proton, změní se na oxoniový kation H3O+. Když NH4+ ztratí proton, zůstane nám NH3. Začněme s počátečními koncentracemi. Snažíme se nalézt pH roztoku. Začínáme s 0,050 molárním roztokem chloridu amonného. To je tedy stejná koncentrace i pro amonné ionty, že? Takže toto je 0,050 molární. Pokud předpokládáme, že reakce zatím ještě neproběhla, pak je koncentrace produktů nulová. Dále se zamyslíme nad změnou. Pokud se NH4+ změní na NH3, pak cokoli, co ztratíme z NH4+, získáme u NH3. Ubude-li jistá koncentrace X u amonného kationtu, pokud ztratíme jistou koncentraci u NH4+, pak tu stejnou koncentraci, X, získáme u NH3. Z toho je jasné, že získáme i tu samou koncentraci pro oxoniové kationty. V rovnováze bude tedy koncentrace amonných kationtů: 0,050 minus X; pro oxoniový kation to tedy bude X; a pro amoniak, NH3, to bude také X. Řekli jsme, že se zde NH4+ chová jako kyselina. Napíšeme výraz vyjadřující rovnováhu. Vyjádříme Ka. Ka se rovná koncentrace produktů lomeno reaktanty, což je koncentrace H3O+ krát koncentrace NH3, to celé lomeno koncentrace NH4+, vodu nezahrnujeme, takže to celé lomeno koncentrací NH4+. Dobrá, koncentrace oxoniových kationtů v rovnováze je X, takže sem napíšeme "X". To samé platí pro koncentraci NH3. Ta je X, takže "X" napíšeme i sem. To celé je děleno koncentrací amonných kationtů, což je 0,050 minus X. Takže sem píši 0,050 minus X. Dále se zamyslíme nad hodnotou Ka. Ka pro tuto reakci není něco, co bychom našli v tabulkách. Víme ale, že se bavíme o kyselině a bázi, o konjugovaném páru kyselina-báze. Tedy, NH4+ a NH3 jsou konjugovaný pár kyselina-báze. Chceme nalézt Ka pro NH4+. Tuto hodnotu v tabulkách obvykle nenalezneme, ale hodnotu Kb pro NH3 ano. Ta je 1,8 krát 10 na –5. Pro konjugovaný pár kyselina-báze je Ka krát Kb rovno Kw. Chceme zjistit Ka. Víme, že Kb je 1,8 krát 10 na –5. To se rovná 1,0 krát 10 na –14. Ka můžeme získat pomocí kalkulačky. Takže 1,0 krát 10 na –14... vydělíme 1,8 krát 10 na –5. Hodnota Ka je 5,6 krát 10 na –10. Udělám si zde více místa a píši Ka se rovná 5,6 krát 10 na –10. To se rovná X na druhou... A znovu, počítáme, že X je mnohem mnohem menší než 0,050. Takže toto X nás netrápí, je to extrémně malé číslo, 0,050 minus X je v podstatě to samé jako 0,050. Dosadíme tedy a dostaneme 0,050. Vyřešíme pro X. Do kalkulačky zadáme 5,6 krát 10 na –10 a vynásobíme 0,05. Z toho dále vypočteme odmocninu, abychom zjistili, kolik je X. X se rovná 5,3 krát 10 na –6. X se rovná 5,3 krát 10 na –6. X je koncentrace oxoniových kationtů. Toto je tedy koncentrace, koncentrace oxoniových kationtů. K získání pH potřebujeme jen vypočítat záporný logaritmus této hodnoty. pH se rovná zápornému logaritmu koncentrace oxoniových kationtů. To jednoduše dosadíme sem: 5,3 krát 10 na –6, a řešíme –log(5,3 krát 10 na –6) Dostaneme 5,28 zaokrouhleno. Vytvořím si více místa... Zaokrouhlujeme tedy hodnotu pH na 5,28. Takže pH se rovná 5,28. Toto je kyselý roztok, což není překvapivé vzhledem k zadanému druhu soli.
video