Beregning af hydroniumionkoncentration ud fra pH (og omvendt)

Af Tracy McConnell, Opdateret 30. august 2022

deyangeorgiev/iStock/GettyImages

pH-skalaen - fra 0 til 14 - kvantificerer surheden eller alkaliniteten af en opløsning. At forstå en opløsnings pH er afgørende i både undervisningsmiljøer og laboratoriepraksis, da det informerer os om de tilstedeværende arter og forudsiger, hvordan opløsningen vil opføre sig i kemiske reaktioner.

Fordi pH direkte afspejler koncentrationen af hydroniumioner (H₃O⁺) i vand, kan den bruges til at beregne koncentrationen af andre ioner i systemet. Følgende ligninger danner grundlaget for disse beregninger.

pH- og hydroniumkoncentration

Forholdet mellem pH og hydroniumionkoncentration er udtrykt som:

pH=−log10[H3O+]

Her angiver parenteserne molaritet. Når [H3O+] er kendt, kan pH bestemmes; omvendt tillader en målt pH beregning af [H₃O⁺].

Eksempel1:Bestem pH ud fra [H₃O⁺]

I en 1,0L prøve af 0,1M saltsyre (HCl) er hydroniumkoncentrationen 1×10⁻¹M.

pH=−log₁₀(1×10⁻¹)=−(−1)=1,00

Eksempel2:Bestem [H₃O⁺] ud fra pH

Hvis en opløsning har en pH på 4,3, giver omarrangering af pH-ligningen:

[H₃O⁺]=10^−pH=10^−4,3≈5,01×10⁻⁵M

Eksempel3:Basisberegninger ved hjælp af ionproduktet af vand

For basiske opløsninger er koncentrationen af hydroxidioner [OH⁻] lettere at måle. Ved at bruge ionproduktkonstanten for vand (K_w=1×10⁻¹⁴ ved 25°C), finder vi:

[H3O+]=K_w/[OH⁻]

Med [OH⁻]=4,0×10⁻¹¹M:

1. [H3O⁺]=(1×10⁻¹⁴) / (4,0×10⁻¹¹)=2,5×10⁻⁴M

2. pH=−log₁₀(2,5×10⁻⁴)≈3,60

Væsentlige tal i pH-beregninger

pH-værdier rapporteres typisk til nærmeste tiendedel eller hundrededel, hvilket afspejler målingens præcision. Når du anvender logaritmen, betragtes kun cifrene efter decimaltegnet som signifikante, hvilket sikrer overensstemmelse med eksperimentel usikkerhed.

Syredissociationskonstant (K_a)

Syredisssociationskonstanten kvantificerer, i hvilket omfang en syre ioniserer i vand. Svage syrer har små K_a-værdier, hvilket betyder, at det meste af syren forbliver udissocieret, hvorimod stærke syrer har store K_a-værdier og ioniserer næsten fuldstændigt.

Eksempel:Kulsyre (H₂CO₃) er en svag, diprotisk syre med

H₂CO₃(aq)⇌HCO₃⁻(aq)+H⁺(aq) K_a₁=4,3×10⁻⁷

og et andet dissociationstrin:

HCO₃⁻(aq)⇌CO₃²⁻(aq)+H⁺(aq) K_a₂=4,8×10⁻¹¹

I modsætning hertil er salpetersyre (HNO₃) en stærk syre med K_a≈40, hvilket illustrerer dens næsten fuldstændige dissociation.