Att beräkna pH för en svag syra är lite mer komplicerat än att bestämma pH för en stark syra eftersom svaga syror inte är helt dissociera i vatten. Lyckligtvis är formeln för att beräkna pH enkel. Så här gör du.
Viktiga alternativ: pH för en svag syra
Att hitta pH för en svag syra är lite mer komplicerat än att hitta pH för en stark syra eftersom syran inte helt dissocierar till sina joner.
pH-ekvationen är fortfarande densamma (pH = -log[H+]), men du måste använda syradissociationskonstanten (Ka) för att hitta [H+].
Det finns två huvudsakliga metoder för att lösa koncentrationen av vätejoner. En involverar andragradsekvationen. Den andra antar att den svaga syran knappt dissocierar i vatten och närmar sig pH. Vilken du väljer beror på hur exakt du behöver svaret. För läxor, använd andragradsekvationen. För en snabb uppskattning i labbet, använd uppskattningen.
pH för ett problem med svag syra
Viktiga alternativ: pH för en svag syra
Att hitta pH för en svag syra är lite mer komplicerat än att hitta pH för en stark syra eftersom syran inte helt dissocierar till sina joner.
) för att hitta [H+].
Det finns två huvudsakliga metoder för att lösa koncentrationen av vätejoner. En involverar andragradsekvationen. Den andra antar att den svaga syran knappt dissocierar i vatten och närmar sig pH. Vilken du väljer beror på hur exakt du behöver svaret. För läxor, använd andragradsekvationen. För en snabb uppskattning i labbet, använd uppskattningen.
pH för ett problem med svag syra
Vad är pH för en 0,01 M bensoesyralösning?
Givet: bensoesyra K
a= 6,5 x 10-5
Lösning
Bensoesyra dissocierar i vatten som:
C6H5
COOH → H+ + C6H5 COO–
Formeln för Ka är: K
var:
[H+] = koncentration av H+ joner
[B–] = koncentration av konjugerade basjoner
[HB] = koncentration av odissocierade syramolekyler
för en reaktion HB → H+ + B–
Bensoesyra dissocierar ett H+ jon för varje C6
H5KUTTRA– jon, så [H+] = [C6H5COO–].
Låt x representera koncentrationen av H+ som dissocierar från HB, då [HB] = C – x där C är den initiala koncentrationen.
Ange dessa värden i Ka
ekvation:
Ka = x · x / (C -x)
Ka = x²/(C – x)
(C – x)K
a = x²
x² = CKa – xK
a
x² + Ka
x – CKa
= 0
Lös för x med hjälp av andragradsekvationen:
x = [-b ± (b² – 4ac)½]/2a
x = [(6.5 x 10-5)² + 4(0.01)(6.5 x 10-5)]/2
ObsTekniskt sett finns det två lösningar för x. Eftersom x representerar en koncentration av joner i lösning kan värdet för x inte vara negativt.
Ange värden för Ka och C:
Ka = 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)/2x = 7,7 x 10-4
Hitta pH:
pH = -log[H+]
pH = -log(x)
pH = -log(7,7 x 10-4)
pH = -(-3,11)
pH = 3,11
Svar
pH för en 0,01 M bensoesyralösning är 3,11.
Lösning: Snabb och smutsig metod för att hitta svagt surt pH
De flesta svaga syror dissocierar knappt i lösning. I denna lösning fann vi att syran endast dissocierades med 7,7 x 10-4 M. Den ursprungliga koncentrationen var 1 x 10-2 eller 770 gånger starkare än den dissocierade jonkoncentrationen.
Värden för C – x skulle då vara mycket nära C för att verka oförändrade. Om vi ersätter C med (C – x) i Ka
ekvation,
Ka = x²/(C – x)
Ka = x²/C
Med detta finns det inget behov av att använda andragradsekvationen för att lösa x:
x² = Ka·C
x² = (6,5 x 10-5)(0,01)x² = 6,5 x 10-7x = 8,06 x 10-4
Hitta pH
pH = -log [H+]
- pH = -log(x)pH = -log(8,06 x 10-4)
- Covington, AK; Bates, RG; Durst, RA (1985). ”Definitioner av pH-skalor, standardreferensvärden, mätning av pH och relaterad terminologi”. Ren appl. Chem. 57 (3): 531–542. doi:10.1351/pac198557030531
pH = -(-3,09)
pH = 3,09
Observera att de två svaren är nästan identiska med endast 0,02 skillnad. Lägg också märke till att skillnaden mellan den första metodens x och den andra metodens x bara är 0,000036 M. För de flesta laboratoriesituationer är den andra metoden ”tillräckligt bra” och mycket enklare.
Kontrollera ditt arbete innan du rapporterar ett värde. pH för en svag syra bör vara lägre än 7 (inte neutral) och det är vanligtvis lägre än värdet för en stark syra. Observera att det finns undantag. Till exempel är saltsyrans pH 3,01 för en 1 mM lösning, medan pH för fluorvätesyra också är lågt, med ett värde på 3,27 för en 1 mM lösning.
Källor
- Bates, Roger G. (1973). Bestämning av pH: teori och praktik. Wiley.
Huskroft, CE; Sharpe, AG (2004). Oorganisk kemi (andra upplagan). Prentice Hall. ISBN 978-0130399137.
Myers, Rollie J. (2010 ). ”Hundra år av pH”. Journal of Chemical Education. 87 (1): 30–32. doi:10.1021/ed800002c
Miessler GL; Tarr D .A. (1998). Oorganisk kemi ( 2:a uppl.). Prentice-Hall. ISBN 0-13-841891-8.