Ilustracja do zestawu: pH i stężenie jonów wodorowych

Chemia

pH i stężenie jonów wodorowych

Zestaw wyjaśnia, czym jest pH oraz jak łączy się ono ze stężeniem jonów wodorowych w roztworze. Zawiera interpretację jakościową skali pH, obliczenia z logarytmem dziesiętnym i przykłady typowe dla zadań licealnych.

Szkoła średnia12 fiszek16 pytań w 2 etapachnotatka

Podcast

Ładuję…

Quizy w tym zestawie

16 pytań w 2 etapach

Odblokujesz je po dodaniu zestawu.

  1. Etap 1

    7 fiszek · 8 pytań

  2. Etap 2

    5 fiszek · 8 pytań

  3. Powtórka z całości

    15 pytań ze wszystkich etapów, po ukończeniu etapów

1.pH

Wielkość określająca kwasowość lub zasadowość roztworu wodnego. W szkolnym przybliżeniu jest równa ujemnemu logarytmowi dziesiętnemu stężenia jonów wodorowych: pH=−log⁡[H+]pH=-\log[H^+].

2.Stężenie molowe jonów wodorowych

Liczba moli jonów wodorowych zawarta w 1 dm31\,dm^3 roztworu. Zapisuje się je jako [H+][H^+], a jednostką jest mol/dm3mol/dm^3.

3.Zależność pH od [H+][H^+]

Zależność jest logarytmiczna: [H+]=10−pH[H^+]=10^{-pH}. Zmiana pH o jedną jednostkę oznacza dziesięciokrotną zmianę stężenia jonów wodorowych.

4.Roztwór kwasowy

Roztwór o pH mniejszym od 77 w temperaturze około 25 ∘C25\,^\circ C. Ma większe stężenie jonów wodorowych niż roztwór obojętny.

5.Roztwór obojętny

Roztwór o pH=7pH=7 w temperaturze około 25 ∘C25\,^\circ C. W czystej wodzie stężenie jonów wodorowych wynosi w przybliżeniu 10−7 mol/dm310^{-7}\,mol/dm^3.

6.Roztwór zasadowy

Roztwór o pH większym od 77 w temperaturze około 25 ∘C25\,^\circ C. Ma mniejsze stężenie jonów wodorowych niż roztwór obojętny.

7.Skala pH

Skala używana do porównywania kwasowości roztworów. W typowych rozcieńczonych roztworach wodnych w temperaturze pokojowej przyjmuje wartości w przybliżeniu od 00 do 1414.

8.Jon wodorowy H+H^+

Jon powstający w roztworze wodnym podczas dysocjacji kwasów. W wodzie występuje faktycznie w postaci uwodnionej, najczęściej zapisywanej jako jon hydroniowy H3O+H_3O^+.

9.Wskaźnik pH

Substancja, która zmienia barwę w określonym zakresie pH. Pozwala orientacyjnie ocenić odczyn roztworu, ale nie daje zwykle tak dokładnego wyniku jak pehametr.

10.Pehametr

Przyrząd służący do pomiaru pH roztworu. Po odpowiednim skalibrowaniu umożliwia dokładniejsze wyznaczenie pH niż wskaźniki barwne.

11.Mocny kwas w obliczeniach pH

W prostych zadaniach szkolnych zakłada się, że mocny kwas, np. HCl, dysocjuje w wodzie niemal całkowicie. Dlatego dla roztworu HCl o stężeniu cc przyjmuje się zwykle [H+]≈c[H^+]\approx c.

12.Znaczenie różnicy pH

Roztwór o pH niższym o 22 jednostki ma stężenie jonów wodorowych 100100 razy większe. Nie wolno traktować skali pH jako skali liniowej.

Notatka

Czym jest pH?

pH opisuje kwasowość albo zasadowość roztworu wodnego. Jest ono związane ze stężeniem jonów wodorowych oznaczanym jako [H+][H^+]. Im więcej tych jonów znajduje się w określonej objętości roztworu, tym roztwór ma bardziej kwasowy charakter i tym jego pH jest niższe.

W roztworze wodnym zapis H+H^+ jest uproszczeniem. Jon wodorowy wiąże się z cząsteczką wody, dlatego można go przedstawić jako jon hydroniowy H3O+H_3O^+. W zadaniach szkolnych najczęściej posługujemy się jednak zapisem [H+][H^+].

Zapamiętaj

Niższe pH oznacza większe stężenie jonów H+H^+, a nie mniejsze.

Odczyn roztworu i skala pH

W temperaturze około 25 ∘C25\,^\circ C roztwory klasyfikuje się według wartości pH:

  • pH mniejsze niż 77 oznacza odczyn kwasowy;
  • pH=7pH=7 oznacza odczyn obojętny;
  • pH większe niż 77 oznacza odczyn zasadowy.

Czysta woda ma w przybliżeniu pH=7pH=7, ale nie oznacza to całkowitego braku jonów wodorowych. Jej stężenie [H+][H^+] wynosi około 10−7 mol/dm310^{-7}\,mol/dm^3. W typowych rozcieńczonych roztworach wodnych spotyka się skalę pH w przybliżeniu od 00 do 1414.

Ważne

Granica między odczynem kwasowym, obojętnym i zasadowym zależy od temperatury; wartość 77 odnosi się do temperatury około 25 ∘C25\,^\circ C.

Ujęcie ilościowe: wzory i logarytm

Zależność ilościową opisuje wzór pH=−log⁡[H+]pH=-\log[H^+]. Stężenie [H+][H^+] wyraża się w mol/dm3mol/dm^3. Znak minus jest istotny: stężenia jonów wodorowych są zwykle mniejsze od 1 mol/dm31\,mol/dm^3, a pH przyjmuje wtedy dodatnie wartości.

Do obliczenia stężenia, gdy znane jest pH, stosuje się przekształcenie [H+]=10−pH[H^+]=10^{-pH}. Jeśli [H+]=10−4 mol/dm3[H^+]=10^{-4}\,mol/dm^3, to pH wynosi 44. Natomiast dla pH=3pH=3 stężenie jonów wodorowych jest równe 10−3 mol/dm310^{-3}\,mol/dm^3.

W zadaniach najłatwiejsze są przypadki, w których stężenie ma postać potęgi liczby 1010. Wtedy wykładnik potęgi, po zmianie znaku, wskazuje wartość pH.

Dlaczego skala pH nie jest liniowa?

Skala pH jest logarytmiczna. Oznacza to, że wzrost pH o 11 nie odpowiada niewielkiej zmianie, lecz dziesięciokrotnemu spadkowi stężenia [H+][H^+]. Analogicznie obniżenie pH o 11 oznacza dziesięciokrotny wzrost tego stężenia.

Jeżeli porównuje się roztwory o pH=2pH=2 i pH=5pH=5, różnica wynosi 33 jednostki. Roztwór o pH=2pH=2 ma więc 10310^3, czyli 10001000 razy większe stężenie jonów wodorowych niż roztwór o pH=5pH=5. Nie należy zatem mówić, że jest „trzy razy bardziej kwasowy”.

Przykład

Roztwór o pH=4pH=4 ma 1010 razy większe [H+][H^+] niż roztwór o pH=5pH=5.

pH roztworów kwasów i pomiar

W prostych obliczeniach dotyczących mocnych kwasów zakłada się ich niemal całkowitą dysocjację. Dla roztworu HCl o stężeniu 0,001 mol/dm30{,}001\,mol/dm^3 przyjmuje się zatem [H+]≈0,001 mol/dm3[H^+]\approx0{,}001\,mol/dm^3, czyli 10−3 mol/dm310^{-3}\,mol/dm^3. Z tego wynika pH=3pH=3.

Takiego bezpośredniego utożsamienia stężenia kwasu z [H+][H^+] nie należy automatycznie stosować do każdego kwasu, ponieważ kwasy mogą dysocjować w różnym stopniu. W zadaniu trzeba kierować się podanymi informacjami oraz poziomem przybliżenia.

Odczyn można badać za pomocą wskaźników barwnych, takich jak papierek uniwersalny, ale wynik jest wtedy orientacyjny. Dokładniejszy pomiar zapewnia pehametr, który przed użyciem wymaga właściwego przygotowania i kalibracji.

Sprawdzian do druku

Arkusz PDF z kluczem, punktacją i oceną

Sprawdzam sprawdzian…

Znasz kogoś z klasy, komu się przyda? Podziel się zestawem

WhatsApp

Podobne zestawy

Zobacz wszystkie fiszki z chemii