Relația dintre ionii de hidrogen și pH

pH-ul este un parametru major care este măsurat în determinarea calității apei. Acesta indică dacă o sursă de apă este de bună calitate pentru a fi utilizată în scopuri de băut și pentru alte nevoi de menaj. În plus, menținerea pH-ului adecvat este esențială și pentru unele reacții chimice. PH-ul unui sistem depinde de concentrația de ioni de hidrogen prezenți în acest sistem. Concentrația de ioni de hidrogen într-o soluție este cantitatea de ioni de hidrogen (în unități de mol) prezentă într-un litru de soluție. pH-ul este valoarea logaritmică a inversului concentrației de ioni de hidrogen. Aceasta este relația dintre ionii de hidrogen și pH-ul.

Domenii cheie acoperite

1. Ce sunt ionii de hidrogen?
      - Definiție, Proprietăți
2. Ce este pH-ul
      - Definiție, proprietăți, scară și măsurători
3. Care este relația dintre ionii de hidrogen și pH-ul
- Explicație cu exemple

Termeni cheie: Aciditate, Alcalinitate, Basicitate, Ioni de hidrogen, Hidroniu Ion, pH, Proton

Ce sunt ionii de hidrogen?

Ioniunile de hidrogen sunt formele ionice ale elementului Hidrogen; acest lucru este dat de simbolul H⁺. Un ion este format atunci când electronii sunt îndepărtați sau adăugați la un atom. Când electronii sunt îndepărtați de la un atom, acesta devine un cation. Atunci când electronii sunt adăugați la un atom, acesta devine un anion. Hidrogenul are un singur electron în atomii neutri ai acestuia în faza gazoasă. Cel mai stabil izotop al hidrogenului conține un proton în nucleul său. Prin urmare, sarcina pozitivă a nucleului (datorată prezenței protonului) este neutralizată de singurul electron pe care îl are. Dar când acest electron este îndepărtat de la atomul de hidrogen, este prezent numai protonul încărcat pozitiv. Prin urmare, hidrogenul devine un ion de hidrogen. Astfel, ionul de hidrogen este doar un proton.

În soluții apoase, acest ion de hidrogen sau proton este în combinație cu H₂O (molecule de apă). Apoi se numește a ionul hidroniu. Simbolul pentru ionul de hidroniu este H₃O⁺. Acest simbol este creat din H⁺-H₂O combinație.

Figura 1: Structura chimică a ionului Hydronium

Aciditatea unui compus este determinată de capacitatea sa de a elibera ioni de hidrogen (sau protoni). Prin urmare, acizii puternici sunt compuși care pot ioniza complet și elibera toți ionii de hidrogen pe care îi au. Acizii slabi sunt compuși care se pot disocia parțial în ionii lor și eliberează unii dintre ionii de hidrogen. Cantitatea de ioni de hidrogen prezenți într-un sistem poate fi determinată prin analizarea pH-ului sistemului respectiv. Aciditatea bazei de titrare se bazează în principal pe ionii de hidrogen prezenți într-un sistem. O bază poate fi utilizată pentru a determina numărul de ioni de hidrogen prezenți într-o soluție apoasă de acid.

Mai mult, ionii de hidrogen pot să existe și anioni. Deoarece atomul de hidrogen are un electron neparat în orbitalul 1s, el poate obține un alt electron în orbitalul s pentru a finaliza orbitalul și a obține configurația electronică a Helium (He). Apoi este indicat ca H^-. Acest lucru se întâmplă deoarece atomul de hidrogen este compus dintr-un proton și nu există altă sarcină pozitivă în atom pentru a neutraliza electronul de intrare.

În general, hidrogenul tinde să formeze ionul pozitiv deoarece are o electronegativitate mai mică comparativ cu majoritatea celorlalte elemente. Dar atunci când este legat la elemente cum ar fi metalele cu o electronegativitate foarte scăzută decât hidrogenul, acesta tinde să formeze anioni în loc de cationi.

Ce este pH-ul

pH-ul este valoarea logaritmică a inversului concentrației de ioni de hidrogen (mai precis activitatea ionilor de hidrogen). pH-ul este de fapt o scară utilizată pentru a determina aciditatea sau bazicitatea (alcalinitatea) unui sistem. Valoarea logaritmică se datorează faptului că concentrația ionilor de hidrogen dintr-o soluție are o cantitate foarte mică. De exemplu, concentrația de ioni de hidrogen în apa pură la 25 ° C^oC este de aproximativ 10^-7 mol / l. Prin urmare, concentrația de ioni de hidrogen este considerată în locul activității, iar valoarea logaritmică este utilizată pentru a facilita identificarea și compararea acestor concentrații. La calcularea pH-ului, unitățile de concentrație de ioni de hidrogen trebuie luate în mol / l.

Scara pH variază de la 1 la 14. pH-ul 7 este considerat pH-ul neutru al unui sistem. Acizii au valori ale pH-ului mai mici de 7 și bazele au valoarea pH-ului mai mare de pH 7. Acizii puternici prezintă valori ale pH-ului de la 1 la 3, în timp ce acizii slabi prezintă valori ale pH-ului de la 4 la 6. Dacă un sistem are o valoare a pH-ului de aproape 14, ca puternic fundamentale.

Figura 2: Scala pH-ului

PH-ul poate fi măsurat folosind diferite metode. Hârtia litmus poate fi utilizată pentru a determina dacă o soluție este acidă sau bazică. Se pot utiliza hârtii de pH pentru a determina valoarea pH-ului ca număr întreg. Metodele de titrare pot fi de asemenea utilizate.

Relația dintre ionii de hidrogen și pH

Există o relație directă între ionii de hidrogen și pH. PH-ul unei soluții depinde de concentrația de ioni de hidrogen din această soluție. Valoarea pH-ului este valoarea logaritmică a inversului activității ionilor de hidrogen. Deoarece concentrația ionilor de hidrogen este adesea foarte scăzută, activitatea ionică este considerată egală cu concentrația de ioni de hidrogen. Apoi, pH-ul este logaritmul inversului concentrației de ioni de hidrogen.

pH = -log₁₀[A_H+]

Unde a este activitatea.

pH = -log₁₀[H⁺_(Aq)]

Prin urmare, există o relație directă între pH și concentrația de ioni de hidrogen într-o soluție.

Concluzie

PH-ul unei soluții depinde în principal de concentrația de ioni de hidrogen din această soluție. Concentrația ionilor de hidrogen va varia în funcție de speciile chimice prezente în această soluție și de modificările temperaturii respectivei soluții.

Referințe:

1. "Ion de hidrogen" Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., N.d. Web. Disponibil aici. 26 iulie 2017. 
2. "Ce este pH-ul" .Np., N.d. Web. Disponibil aici. 26 iulie 2017. 

Datorită fotografiei:

1. "Hydronium-3D-balls" de Benjah-bmm27 - Muncă proprie, Domeniul Public) prin Wikimedia Commons