pH - definicja
W roku 1909 Soren Sorensen wprowadził pojęcie \(pH\), definiując je jako ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych \(H^+ ph\). Rozważając pojecie \(pH\) należy pamiętać, że woda ulega reakcji autoprotolizy zwanej autojonizacją.
\(2H_2O \Leftrightarrow H_3O^++OH^- ph\)
Termodynamiczną stała równowagi reakcji wody wyrazić można wzorem:
\(K= \frac{a _{H ^{+} } \cdot a _{OH ^{-} } }{a _{H_2O} } ph\)
Gdzie:
\(a _{H_2O} ph\) = const.
\(K ph\)- iloczyn jonowy wody
\(a _{H^+} ph\)- stężenie jonów \( H ^{+ ph\)
\(a _{ H^- ph\)- stężenie jonów \(OH^- ph\)
W temperaturze 298K
\(K_w= a_{H^+} \cdot a_{H^-}= 10-14 ph\)
\(pH =-log[H^+] ph\) czyli \(pH\) to ujemny logarytm ze stężenia jonów \(H^+ ph\)
\(pOH =-log[OH^-] ph\) czyli \(pOH ph\) to ujemny logarytm ze stężenia jonów \(OH^- ph\)
Zależność pomiędzy \(pH\) i \(pOH\) można wyprowadzić z iloczynu jonowego wody (wyprowadzenie poniżej):
\([H^+][OH^-]= 10^{-14 ph\)
\(log[H^+][OH^-]=log10^{-14 ph\)
\(log[H^+]+ log[OH^-]=-14log10 ph\)
\(-log[H^+]- log[OH^-]= 14 ph\)
Stąd:
\(pH +pOH=14 ph\) \( pH= 14-pOH ph\) \( pOH=14-pH ph\)
pH - zadanie
Oblicz wartość \(pH\) w \(1cm^3 ph\) roztworu wodnego całkowicie zdysocjowanego wodorotlenku sodu zawierającego \(4,0 \cdot 10^{-2} mg ph\) wodorotlenku.
Rozwiązanie:
\(C _{mNaOH} = \frac{m}{M \cdot V} = \frac{4 \cdot 10 ^{-5} g}{40 \frac{g}{mol} \cdot 0,001dm ^{3} } =0,001M ph\)
Ponieważ założenie mówi o całkowitej dysocjacji zasady dlatego przyjmujemy, że stężenie jonów \(OH^- ph\) jest równe stężeniu molowemu zasady (\(0,001 M ph\) czyli \(10^{-3}M ph\)), jak wynika z równania reakcji z jednej cząsteczki zasady powstaje jeden jon \(OH^- ph\).
\([OH^-]= 10^{-3 ph\) stąd \(pOH= -log10^{-3 ph\) czyli \(pOH=-(-3)=3 ph\)
\(pH= 14-pOH ph\) dlatego \(pH= 14-3=11 ph\)
Odpowiedź:
\(pH\) roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu \(4,0 \cdot 10^{-2} \frac{mg}{cm ^{3} } ph\) wynosi \(11 ph\)