Silné protolyty
Jaké bude pH roztoku po smíchání 100 cm3 HCl o pH 3,0 a 0,200 dm3 HCl o pH 2,1?
Nápověda
Řešení
Silné kyseliny
Měřením elektrické vodivosti čisté vody bylo zjištěno, že koncentace OH- je stejná jako koncentrace H3O+
[OH-] = [H3O] = 1,0· 10-7 mol ·dm-3
Autoprotolýzu vody vyjadřuje následující rovnice: 2 H2O \(\rightleftharpoons\). H3O + OH-Vodný roztok je kyselý, pokud je v něm koncentrace kationtů H3O+ vyšší než koncentrace aniontů OH−. Pro silnou jednosytnou (Arrheniovu) kyselinu platí, že je protolytická rovnováha
posunutá zcela vpravo (tzn. nedisociované molekuly HA se v roztoku prakticky nevyskytují:
\[HA + H_2O \rightharpoonup A^- + H_3O^+ \]Některé kyseliny poskytují proton zásadě (např. vodě) snadněji než jiné. Kyselina je tím silnější, čím snadněji proton odevzdává.
Příklady silných kyselin: H2SO4, HNO3, HClO4
Rozsah hodnot pH pro zředěné roztoky je 0–14.
pH silných kyselin se vypočítá dle vzorce:
Vzorec (3.1) je zjednodušený, ale postačí pro výpočty (můžeme zanedbat protolýzu vody). Pro rozmezí našich koncentrací je dostatečně přesný.
Jednosytná kyselina odštěpuje jeden vodíkový kation. Pokud se jedná o vícesytnou kyselinu, její koncentrace se při výpočtu vynásobí sytností.
Před dosazením do vztahu převedeme jednotky:
V1 = 100,0 cm3 = 0,1000 dm3
V2 = 0,2000 dm3
pH1 = 3,0
pH2 = 2,1
Nejdříve vypočítáme koncentraci prvního a druhého roztoku ze vzorce (3.1)
\(\color{DarkRed}\boldsymbol{pH = -\log c(H_3O^+)} \)
Vyjádříme koncentraci, dosadíme hodnoty pH:
Vyjádříme c(x) ze vzorce (2.2) pro různě koncentrované roztoky téže látky, dosadíme objemy a dopočítáme koncentrace:
\[c(x) =\frac{V_{1} \cdot c_{1}+V_{2} \cdot c_{2}}{V(x)} = \frac{0,1000 \cdot 0,001000 + 0,2000 \cdot 0,00794}{0,3000} ≈ 5,6267\cdot 10^{-3} mol⋅dm^{-3}\]
Dosadíme koncentraci do vztahu (3.1) a dostaneme pH výsledného roztoku:
\(pH = -\log c(H_3 O^+) = -\log 5,6267 \cdot 10^{-3} ≈ {\color{DarkGreen}\mathbf{2,24975}} \)
pH výsledného roztoku je 2,24975.
Vypočítejte pH roztoku hydroxidu barnatého o koncentraci 5,55⋅10-4 mol⋅dm−3.
Silné zásady
Je-li koncentrace aniontů OH− v roztoku vyšší než koncentrace kationtů H3O+, je roztok zásaditý.
Pro silnou jednosytnou (Arrheniovu) zásadu platí, že je protolytická rovnováha
\[BOH \rightharpoonup B^+ + OH^- \]posunutá zcela vpravo (tzn. nedisociované molekuly BOH se v roztoku prakticky nevyskytují:
Příklady silných zásad: KOH, NaOH, Ba(OH)2
Při výpočtu postupujeme analogicky k pH silných kyselin.
Pro výpočet pOH využijeme vzorců:
\[\color{DarkRed}\boldsymbol{pOH = -\log c(OH^{-})}\tag{3.2}\]
\[\boldsymbol{{\color{DarkRed} pH + pOH = 14}}\tag{3.3}\]
V neutrálním roztoku platí pH = pOH = 7
U vícesytných zásad je nutné při výpočtu jejich koncentraci vynásobit sytností.
c = 5,55⋅10−4 mol ⋅dm−3
Pro výpočet pH využijeme vzorce (3.3):
Dosadíme koncetraci vynásobenou dvěma, protože se jedná o dvojsytnou zásadu:
pH hydroxidu barnatého je 11,045.
