pH

като имам дадено pH как да изчисля колко е концентрацията на водородните катиони в разтвора?Знам, че pH=-logC(H+) , но незнам как да го сметна това?

"Знам, че pH=-logC(H+)"

Това е доста тясна дефиниция - вярна е само за много разредени разтвори. Въпреки че, с изестно приближение, може да се ползва за едноосновни киселини и моновалентни основи с концентрация до ок. 0.1 мол/л. В осми клас това се учи, така или иначе.

По върпоса за концентрацията. Ако си учил логаритмичната фунцкия, ще знаеш:

log(a)=b <=> a = 10^b
За логаритми с друга основа, формулата се изменя по сътоветния начин.

Пример.
Нека pH=2.
pH=-log(C(H+))=2
log(C(H+))=-2
C(H+)=10^(-2)=0.01 mol/L.


от C. Van Vechten

Защо казваш, че формулата е валидна за конц. до около 0,1М ?

Когато "ветровете" са бурни, има опасност да попадне "песъчинка" в окото ни.

Защото това е границата на проложението на уравнението на Дюбай-Хюкел...
Дори и при такива разтвори, концентрация и активност са различни неща, но могат да се пресемтната относително лесно:
pH=-lg(a(H+))=-lg[H+]-lg(gamma(H+))~=-lg[H+]

Тази формула отчита активността на водородните катиони (a), изразена чрез коефициентта на активността, гама.

За по-концентрирани разтвори, активността на разтвореното вещество и на разтворителя(!) трябва да се има пред вид. Тогава е по-удобно да се въведе активността, изразена като фунцкия на молалността на Н+:

а(Н+)=гама*m(H+) [mol/kg вода]
Всъщност 0.1 М HCl има рН 1.1, точно поради този ефект, но 0.1 m HCl има рН 1.0

Дори и този трик не върши работа при концентрирани разтвори, например аз работя със сярно-кисел разтвор (pH~1), с коефициент на активност на водата едва 0.96.

Допълнителна усложнение се създава от свързването на протоните в други форми, освен хидроксониевите йони.


от C. Van Vechten

А до колко най-разредени разтвори е валидна простата логаритмичната формула?

Когато "ветровете" са бурни, има опасност да попадне "песъчинка" в окото ни.

Ориентировъчно в диапазона 2<~pH<~12, ако общото съдържание на солите е умеренто (~ 0.1 мол/л) и физичните свойства на разтвора са близки до тези на водата.


от C. Van Vechten

В увода на "Ionic Equilibrium. Solubility and pH Calculations"*, Джеймс Бътлър** пише следното:

В отговор на:

---

... В началото на 60-те общото мнение бе, че коефициентите на активност могат да се преподават на кандидат-магистрите и докторантите по физикохимия, но не са нужни на бакалавърските кандидати. За нещастие, строгият подход [към тяхното преподаване] включваше стотици символи и хиляди уравнения. Докато аз мога да видя, как опростен подход с едва няколко символа и едно уравнение може да бъде много по-достъпен за инженер-химици, геолози и физиолози, дори и ако точността [на този подход] не е толкова висока, колкото на най-добрите модели.

---

Най-простият модел, за който Бътлър говори, е този с молалността на разтвора и уравнението на Дюбай-Хюкел за изчисляване на коефициента на активност. Лично аз споделям неговото мнение за среден подход - мисля, че е крайно време да излезем от 60-те години на предния век.

Защо не приемем, че коефициентите на активност не са страшни непознати чудовища, а молалната концентрация е едно удобно средство за изразяване на състава на разтворите?


*Butler, James. Ionic Equilibrium: Solubility and pH Calculations, Wiley Interscience, NY, 1998.
Книгат е преработено и допълнено издание на по-ранната му книга "Ionic Equilibrium" (1956), която е нещо като библия в областта, но вече доста старичка...
**Не е същия Бътлър, от уравнението на Бутлер-Волмер.


от C. Van Vechten

Имах предвид силно разредени разтвори. Например 10^-8 HCl.
По логаритмичното уравнение се получава разбира се рН=8, което е абсурдно.
Въобще рН при толкова разредени водни разтвори има ли смисъл или се смята по друга формула?

Когато "ветровете" са бурни, има опасност да попадне "песъчинка" в окото ни.

Колкото е по-разреден разтвора, толкова по-голяма грешка ще имаш при използването на простото лог. уравнение. При концентрации на силната основа/киселина под 1е-6 трябва да учиташ дисоциацията на водата (говорим за водни разтвори):
НА -> (H+) + (A-)
H2O -> (H+) + (OH-)

=> [H+]^2 - [A-]*[H+]-Kw=0 - това уравнение е вярно за всички водни разтвори на силни киселини, при условие, че коеф. акт. = 1 (за основи се получава подобно уравнение, в което на мястото на [H+] стои [OH-]). При разтвори с конц. > 1е-6 , последния член може да се пренебрегне (Kw=1e-14 при 20 С).

П.П: Тук малко некоректно съм се изразил - см. следващия пост

Всъщност, лог. уравнение си е правилно, защото даже в силно разредени разтвори (или ,по-скоро, ИМЕННО в силно разредени разтвори) рН=-log[H+]. Просто трябва да знаеш, как се изчислява [Н+]...

Дорогой,
Вы толко-что сказали "см. следващия пост". Изумительно.
...
По въпроса - вторият ти пост е по-правилен. Просто трябва да се сметне каква е коцентрацията на [H+] в разтвор на 10^(-8) М HCl.
А тя е:
[H+]=[H+]w+[A-]=10^(-7)+10^(-8)=1.1*10^(-7)
pH=-lg(1.1)+7=6.959

Дорогой Ератостен, как видно все в порядки, толко видно что ты забыл физ-химии.

ПП: Обещавам повече да не пиша на руски. Все се заплитам - я ще збравя някой мек знак, я някое "о" ще стане "а", я съвсем ще се опелта с падежите.
ППП: Това, докато не го науча този език. През лятото си хващам книжките...


от C. Van Vechten

Неправилно смяташ...

HA -> (H+) + (A-)
H2O -> (H+) + (OH-)

[H+]=[A-] + [OH-] (условие электронейтральности раствора)
Kw=[H+]*[OH-] (константа диссоциации воды)

=> [H+]=[A-] + Kw/[H+]
=> [H+]^2 - [H+]*[A-] - Kw=0
=> [H+]= ( [A-] -/+ sqrt( A-]^2 - 4*Kw) )/2

т.е. pH на разтвора на 1е-8 М солна киселина ще е 6,978.... Понятно?

Прав си!


от C. Van Vechten

"Дорогой Ератостен, как видно все в порядки, толко видно что ты забыл физ-химии."
Да, позабравил съм. Нормално, преди 10-11год. беше. А и тук нямам никакъв учебник, та да си ги припомня нещата.
Ние сме го учили не по физ.-хим., а по аналитична. А ти?

Когато "ветровете" са бурни, има опасност да попадне "песъчинка" в окото ни.

По аналитична химия учих рН равновесие, но не и коефициенти на активност.
Но нали съм нхт: нямах колодина химия, но по физикохимия учих основите на теорията на силните електролити, уравнението на Дюбай-Хюкел, кеофициентите на активност и предефинирането на рН.
Сега си спомням, че по мое време (преди ок. 5 години) органчините технологии май прескочиха теорията на силните електролити.


от C. Van Vechten

Момчета я малко да охладим страстите.Тези сметки дето ги правите са валидни само за определена температура-20градуса.Ако работя с разтвор при 40-градуса няма как да сметнете каквото и да било.Прекалено много време губите в теория която на практика се оказва безполезна.Оползотворете това време като си купите РН метьр и ТЕРМОМЕТЬР.

Отговорът е към Мамутчо:

Всички тези разсъждения са напълно валидни и при 40 градуса, с малката разлика, че трябва да се уточни произведението на водата при тази температура. Чрез квадратна интерполация по данните от Уикито, или от всеки друг (надежден) източник

pKw(40°C)=13.43

pH(neutral, 40°C)=0.5*13.43=6.716

Неутралното pH при 40 градуса е 6.716. Тъй като дисоциацията на силните киселини не се влияе (съществено) от температуратурата, другите сметки са аналогични.

Нека уточня, че това изчисление е толкова лесно само за разредени разтвори. За силни разтвори трябва да се знаят поне равновесните константи на всички реакции, а в зависимост от модела и още няколко параметъра.

Накрая, pH метрите с температурна компенасция, в зависимост от това как са калибрирани, показват какво би било рН-то на разтвора при 20 градуса, вместо реалното рН при дадената температура.
При всички случаи, към калибрирането на рН-метъра и интерпретирането на резултатите (при температура различна от стайната) трябва да се подхожда с голямо внимание. Температурата оказва влияние не само върху Кв, но и върху Нернстовия наклон на електрода = ln(10)*R*T/F

Практиката (ми) сочи, че най-честите грешки при измерване на рН-то се дължат на неправилно компенсиран температурен ефект.

ПП:Аман от хора, дето викат "аман от теория". Както цитирах Дж. Бътлър по-горе - това са представи от 60-те години. Поне малко теория е необходима, дори за инженерната, технологичната или лаборатската практика.


от C. Van Vechten

Аз не отричам напълно теорията.Простата логаритмична зависимост е напълно достатъчна за работа.Нещата в които задълбаваш обаче са необосновани отПРАКТИЧНА гледна точка

Хъм, дали?
Сега работя с р-ри с йонна сила над 0.5 мол/л и pH~1. За да контролирам система, трябва да разработя модел, в който не мога да пренебрегна активността на йоните и водата.
Преди това се занивамах с висококонцентрирани течни PK-торове, с миркоелементи. Там също, рН беше критичен фактор, а разтворът имаше поведение много далече от иделаното.

А температурната компенсация безпорно е важна от праткична гледна точка, но си има някои трикове. Например, при рН-електроди с вграден терморезистор, температурата на сравнителния електрод е често забравян фактор. Ако целият електрод не е темпериран добре, температурните отговори на аналитичния и сравнителния електрод са различни и измерването става с неопределена и непостоянна грешка, която може да достигне порядъка на десети в рН скалата.

За много процеси леко отклонение от рН не е съществено - съгласен съм, но рН скалата не трябва да се има за даденост. Човек трябва да знае, че логаритмичността й е ограничена и че меренето в горещи течности е съпорводено с неизвестна грешка.


от C. Van Vechten