PH of strong acids and bases

When calculating pH, it is always necessary to consider what is the source of oxonium cations in a given environment.

Strong monosaturated acids

For strong monosaturated acids the dissociation follows the equation

$\mathrm {HA} +\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} \rightarrow \mathrm {A} ^{-}+\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}.$

For the calculation we assume:

látkové množství $\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}$ bude podle výše uvedené rovnice stejné jako $\mathrm {A} ^{-}$ , což vzhledem k totožnému objemu platí i pro koncentraci, tedy $[\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]=[\mathrm {A} ^{-}]$ ;
všechna kyselina se – neboť je kyselinou silnou – přemění na $\mathrm {A} ^{-}$ a $\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}$ , proto označíme $[\mathrm {A} ^{-}]$ její koncentraci, tedy $[\mathrm {A} ^{-}]=c_{\mathrm {HA} }$

Odvodíme tedy:

$\mathrm {pH} =-\log \ [\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]=-\log \ [\mathrm {A} ^{-}]=-\log \ c_{\mathrm {HA} },$

a pro výpočet pH dostáváme vzorec

 $\mathrm {pH} =-\log \ c_{\mathrm {HA} }.$

Silné jednosytné zásady

U silných jednosytných zásad probíhá disociace podle rovnice

$\mathrm {BOH} +\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} \rightarrow \mathrm {B} ^{+}+\mathrm {OH} ^{-}+\mathrm {H} _{2}\mathrm {O}$

Předpokládáme, stejně jako v případě silných jednosytných kyselin, že:

látkové množství, resp. koncentrace, hydroxidových iontů a vzniklého $\mathrm {B} ^{+}$ je podle výše uvedené chemické rovnice stejné, tedy $[\mathrm {OH} ^{-}]=[\mathrm {B} ^{+}]$ ;
disociace probíhá úplně, tedy $[\mathrm {B} ^{+}]=c_{\mathrm {BOH} }.$

Výpočet je tedy analogický, musíme si jen uvědomit, že na rozdíl od kyselin není zásada zdrojem oxoniových kationtů, ale oxoniové kationty z prostředí odebírá (viz teorie kyselin a zásad), proto dosadíme z rovnice pro iontový součin vody:

$[\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]={\frac {K_{w}}{[\mathrm {OH} ^{-}]}}$

a z těchto předpokladů odvodíme:

$\mathrm {pH} =-\log \ [\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]=-\log \ {\frac {K_{w}}{[\mathrm {OH} ^{-}]}}=\log \ [\mathrm {OH} ^{-}]-\log K_{w}=\log \ [\mathrm {B} ^{+}]-\log K_{w}=\log c_{\mathrm {BOH} }-\log K_{w}.$

Při 25 °C pH spočítáme podle vzorce

 $\mathrm {pH} =14+\log \ c_{\mathrm {BOH} }.$

Silné dvousytné kyseliny

Silné dvousytné kyseliny disociují podle rovnice

$\mathrm {H} _{2}\mathrm {A} +2\ \mathrm {H} _{2}\mathrm {O} \rightarrow \mathrm {A} ^{2-}+2\ \mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+},$

předpokládáme tedy:

úplnou disociaci, tedy $c_{\mathrm {H} _{2}\mathrm {A} }=[\mathrm {A} ^{2-}];$
ovšem látkové množství oxoniových kationtů a látkové množství vzniklého $\mathrm {A} ^{2-}$ je – na rozdíl od jednosytných kyselin – v poměru 1:2, tedy $[\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]=2\cdot c_{\mathrm {H} _{2}\mathrm {A} }.$

Z toho odvodíme $\mathrm {pH} =-\log \ [\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]=-\log \ [\mathrm {A} ^{2-}]=-\log(2\cdot c_{\mathrm {H} _{2}\mathrm {A} })=-\log 2-\log c_{\mathrm {H} _{2}\mathrm {A} }$

a pH spočítáme podle vzorce

 $\mathrm {pH} =-\log \ c_{\mathrm {H} _{2}\mathrm {A} }-\log \ 2.$

Silné dvousytné zásady

U silných dvousytných zásad probíhá disociace podle rovnice

$\mathrm {B(OH)} _{2}+\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} \rightarrow \mathrm {B} ^{2+}+2\ \mathrm {OH} ^{-}+\mathrm {H} _{2}\mathrm {O}$

jako u jednosytných zásad a dvousytných kyselin předpokládáme:

úplnou disociaci, tedy $c_{\mathrm {B(OH)} _{2}}=[\mathrm {B} ^{2+}];$
koncentrace vzniklého $\mathrm {B} ^{2+}$ a koncentrace hydroxidových aniontů je v poměru 1:2, tedy $[\mathrm {OH} ^{-}]=2\cdot [\mathrm {B} ^{2+}]$ , podle předchozího předpokladu navíc $[\mathrm {OH} ^{-}]=2\cdot c_{\mathrm {B(OH)} _{2}}$
hydroxidové anionty odčerpávají z prostředí oxoniové kationty, $[\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]={\frac {K_{w}}{[\mathrm {OH} ^{-}]}}$ .

Poté odvodíme

$-\log[\mathrm {H} _{3}\mathrm {O} ^{+}]=-\log {\frac {K_{w}}{[\mathrm {OH} ^{-}]}}=\log \ [\mathrm {OH} ^{-}]-\log K_{w}=\log(2\cdot c_{\mathrm {B(OH)} _{2}})-\log K_{w}=\log 2+\log \ c_{\mathrm {B(OH)} _{2}}-\log K_{w}$

a pH při 25 °C se spočítá podle vzorce

 $\mathrm {pH} =14+\log 2+\log \ c_{\mathrm {B(OH)} _{2}}.$

Odkazy

Související články

Kategorie:Vložené články Kategorie:Biochemie Kategorie:Chemie