Wiesz już, że woda - sama z siebie -
ulega autodysocjacji. Cząsteczki wody są w równowadze chemicznej
z jonami wodorowymi i hydroksylowymi (wodorotlenowymi).
Czyli część cząsteczek wody "przemienia się" w jony wodorowe,
o których wiemy, że w rzeczywistości występują jako jony hydroniowe -
ponieważ przyłączają się do cząsteczek wody.
Czyli mogę zapisać H3O+,
ale zostawię po prostu H+.
H+ to tak naprawdę czysty proton.
Oprócz kationu wodorowego powstaje jon hydroksylowy.
Wiesz już też co nieco na temat tego stanu równowagi
w 25 stopniach Celsjusza.
Pamiętaj, stała równowagi
i reakcje równowagowe zależą tylko od temperatury.
Od niczego więcej.
Dla konkretnej cząsteczki.
25 stopni Celsjusza.
Wiemy też - omawialiśmy to dwa filmy temu -
że stała równowagi (tak dla przypomnienia)
wyraża się jako stosunek iloczynu stężeń produktów
do iloczynu stężeń substratów.
W tym przypadku reagentem jest po prostu woda.
Jest tu też rozpuszczalnikiem.
Czyli w tym przypadku reagent jest... wszędzie!
Czyli prawdopodobieństwo natknięcia się na reagent
w tym przypadku wynosi 1.
Zawsze jest, dlatego jej nie uwzględniasz.
Możesz powiedzieć, że dzielisz w tym przypadku przez 1.
To się równa stała równowagi reakcji autodysocjacji wody.
Ta stała wynosi 10^(-)14.
Ponieważ w czystej wodzie
stężenie jonów wodorowych wynosi 10^(-)7
i tyle samo wynosi stężenie jonów hydroksylowych.
Jeśli policzysz logarytm ze stałej równowagi,
czyli pKw...
Pamiętasz, co to było?
Jeśli zapisujesz p przed czymś,
to znaczy, że wyciągasz z tego ujemny logarytm.
Liczymy ujemny logarytm z 10^(-)14.
Logarytm dziesiętny z 10^(-)14 wynosi (-)14.
Czyli ujemny logarytm wynosi 14.
To znaczy, że pKw = 14.
Policzę teraz ujemny logarytm z liczb po prawej stronie równania.
To taka właściwość logarytmu.
To bardziej matematyka niż chemia.
Logarytm z [H+] plus logarytm z [OH-].
To jest to samo.
To jest to samo, co po lewej stronie równania.
Log 10^(-)14 = log 10^(-)7 + log 10^(-)7
A co to jest?
To jest pH,
czyli ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych.
To jest 10^(-)7.
Logarytm z tego wynosi (-)7.
A ujemny logarytm, czyli pH?
pH = 7
A co to jest?
To tutaj.
To jest pOH.
Ujemny logarytm ze stężenia jonów hydroksylowych.
To stężenie także wynosi 10^(-)7.
Czyli pOH równa się 7.
Ujemny logarytm z 10^(-)7
wynosi 7.
Powstał nam tutaj taki wzór.
pKw, czyli ujemny logarytm ze stałej równowagi reakcji dysocjacji wody,
jest równe sumie wartości pH i pOH wody.
W 25 stopniach Celsjusza
ta wartość jest stała, niezmienna.
A my sprawdzimy, co się stanie,
kiedy będziemy dodawać do wody kwasy i zasady.
Wartośc pKw w 25stC zawsze będzie wynosiła 14.
Pamiętaj, dopóki temperatura się nie zmienia
i nie mącisz za dużo w mieszance cząsteczek,
stała równowagi nie zmienia się.
Dlatego nazywa się stała - bo jest stała.
To teraz, kiedy już to wszystko wiesz,
pomyślimy chwilę, co się dzieje, kiedy do wody
dodajemy kwas chlorowodorowy (solny).
Podejdę do pisania bardziej twórczo i użyję kilku kolorów.
Mamy kwas solny.
W środowisku wodnym.
Wiemy, że ten kwas dysocjuje całkowice.
To znaczy, że w wodzie pozostają z niego tylko jony wodorowe
(które przyłączają się do cząsteczek wody,
tworząc jony hydroniowe)
oraz jony chlorkowe (aniony chlorkowe).
Powiedzmy, że mamy roztwór o stężeniu molowym 1 mol/dm3.
Inaczej zapisujemy to jako 1M.
Kwas solny o stężeniu 1M.
Co tak naprawdę robię?
Biorę 1M kwas solny,
czyli biorę taki roztwór, w którym jest 1 mol kwasu
na 1 litr roztworu.
Objętość tego roztworu to głównie objętość wody.
To jest wodny roztwór.
Czyli na 1 litr roztworu...
Jakie będzie stężenie
tych jonów w roztworze?
Albo po kolei. Jakie jest stężenie
jonów H+ w tym roztworze?
Kwas zdysocjował całkowicie.
To nie jest reakcja równowagowa.
Pamiętaj.
Narysowałem strzałkę tylko w prawą stronę.
Tego kwasu nie została nawet ociupinka.
Bo to jest mocny kwas - kwas solny.
Jeśli włożysz 1 mol HCl do wody,
nie zobaczysz go już.
Po kwasie zostanie tylko to.
Czyli stężenie jonów wodorowych
w tym roztworze jest równe 1M.
Tak samo stężenie jonów chlorkowych
wynosi 1M.
Nie powiedziałem tego jeszcze, ale byłoby interesujące,
gdybyśmy obliczyli pH tego roztworu.
Mamy teraz w wodzie kwas chlorowodorowy.
Do określenia pH potrzebuję znać stężenie jonów wodorowych.
Znamy już stężenie jonów wodorowych.
Wynosi ono 1M, czyli 1 mol HCl jest w 1 dm3 roztworu.
Wartość pH
to ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych.
Czyli -log 1.
Do jakiej potęgi trzeba podnieść 10, żeby wyszło 1?
Każda liczba podniesiona do potęgi 0
daje 1.
Czyli to się równa 0.
pH tego roztworu wynosi 0.
Jeśli masz kwas solny o stężeniu 1M,
to znaczy, że miałeś HCl i wpuściłeś go do wody.
Wpuściłeś go tyle,
że stężenie roztworu wynosi 1 mol/dm3.
Jeśli mamy roztwór HCl o stężeniu 1M,
w którym rozpuszczalnikiem jest woda,
to jego pH wynosi 0.
pH = 0
pH wody bez dodatków
wynosiło 7.
Ale tyle jest w przypadku czystej wody.
Teraz już wiemy, że po dodaniu do wody
kwasu solnego,
pH roztworu będzie wynosiło 0.
Czyli im niższe pH, tym bardziej kwasowy roztwór.
Analizowaliśmy to w poprzednim filmie.
Sprawdźmy teraz, jaka jest wartość pOH badanego roztworu.
pOH kwasu chlorowodorowego w środowisku wodnym.
Wracamy tutaj do reguły Le Chateliera.
Spójrzmy, o czym mówiliśmy wcześniej.
To tutaj, to czysta woda.
Jeśli wkładamy do niej 1 mol chlorowodoru,
tak naprawdę dostarczamy miliony jonów wodorowych.
Znacząco zwiększamy stężenie tych jonów.
A zgodnie z regułą Le Chateliera oznacza to,
że wzrost liczby jonów wodorowych
spowoduje większe zużycie jonów wodorotlenowych i
przesunie równowagę reakcji w tę stronę.
Ale pamiętaj,
woda sama z siebie daje 10^(-)7 mola jonów wodorowych na litr.
Jedna dziesięciomilionowa mola H+
na każdy litr wody.
A my wkładamy tutaj 1 mol HCl!
Czyli 10 milionów razy więcej jonów H+
niż jest ich w czystej wodzie.
Wszystkie jony OH- zostaną zużyte w reakcji.
Staną się wodą.
Stężenie tych jonów drastycznie spadnie,
bo dodaliśmy bardzo dużo jonów H+.
A stężenie tych jonów wzrośnie, ponieważ jonów OH-
nie jest dużo.
Jest ich zaledwie 10^(-)7 mola na litr.
Czyli tak właściwie tego będzie na koniec 1 mol na litr.
I skończy się na tym, że stężenie roztworu będzie wynosiło 1 mol/dm3.
W zasadzie ta ilość, 10^(-)7 mola/dm3,
nie ma już znaczenia.
A ile wynosi wartość pOH w tym przypadku?
Wiesz już, że pK wody wynosi 14 w 25 stopniach Celsjusza.
Ponadto wiesz, że
pKw = pH + pOH.
pH tego roztworu wynosi 0, tak?
Mamy kwas solny o stężeniu 1 mol/dm3.
W takim razie pOH tego roztworu wynosi 14.
A teraz przyjrzymy się roztworowi zasady
i określimy jego pH.
Mocna zasada...
Pewnie zauważyłeś, że to po prostu odwrotny przykład.
Weźmy na przykład wodorotlenek potasu.
To mocna zasada.
Skoro jest mocną zasadą, to w wodzie dysocjuje całkowicie
na kationy potasu
i aniony wodorotlenowe.
Dysocjuje całkowicie.
Wsypałem KOH do wody. Powinienem to zaznaczyć,
że to roztwór wodny.
Roztwór wodny - czyli jesteśmy w wodzie :)
Mamy jednomolowy roztwór wodorotlenku potasu.
Pamiętaj o stężeniu! To ważne.
Nie możesz tak po prostu powiedzieć, że pH kwasu solnego wynosi 0.
To nieprawda.
Możesz powiedzieć tylko, że pH kwasu solnego o stężeniu 1 mol/dm3
wynosi 0.
Nie zaznaczyłem tego wcześniej.
Zapiszę to: 1 mol/dm3.
Spróbuj wyznaczyć, ile wynosi pH lub pOH
kwasu solnego o stężeniu 2 mol/dm3.
Albo o stężeniu 10 mol/dm3.
Sprawdź, jakie wartości pH otrzymasz.
Ale my mamy tu roztwór wodorotlenku potasu
o stężeniu 1 mol/dm3.
Mamy 1 mol KOH.
KOH ulega całkowitej dysocjacji,
kiedy jest w wodzie.
Czyli nie ma już w wodzie KOH.
Jakie jest stężenie jonów OH-?
Skoro dysocjacja jest całkowita, to jonów OH- powinno być 1 mol.
Zgadza się?
Jeśli masz 1mol/dm3 KOH,
to po dysocjacjia masz 1 mol/dm3 jonów OH-.
Ponieważ KOH w wodzie przestaje istnieć jako KOH.
Jakie jest więc pOH tego roztworu?
pOH to ujemny logarytm ze stężenia jonów OH- w roztworze.
Logarytm dzisiętny z 1 wynosi 0.
Ujemny logarytm to (-)0, czyli 0.
A jaka jest w tej sytuacji wartość pH?
Możesz powiedzieć, że nie znasz stężenia jonów wodorowych.
Może nie znasz tego stężenia,
ale wiesz, że kiedy w roztworze pojawia się dużo jonów OH-,
to one wyłapują jony H+
i liczba jonów wodorowych maleje.
Jak to zmierzyć?
Pamiętaj,
masz 25 stopni Celsjusza.
Znasz wartość stałej równowagi dysocjacji wody
i zależność pK = pH + pOH.
Pokazywałem to na początku filmu.
14 = pH + 0.
W naszym przypadku pOH = 0.
Czyli pH = 14.
Czyli jeśli masz roztwór mocnej zasady
(ja użyłem KOH) o stężeniu 1 mol/dm3...
Zapiszę to.
Mocna zasada, 1 mol/dm3.
Pamiętaj, że słowo "mocna" ma swoje chemiczne znaczenie.
Oznacza, że coś dysocjuje całkowicie.
pH wynosi 14, a pOH wynosi 0.
Natomiast tutaj masz roztwór mocnego kwasu o stężeniu 1 mol/dm3.
Jeśli ktoś będzie chciał rzucić w ciebie czymś o pH równym 0,
powinieneś stanowczo się sprzeciwić :)
To mogłoby cię
poważnie skrzywdzić.
Masz więc kwas o stężeniu 1 mol/dm3.
pH tego roztworu wynosi 0, a pOH wynosi 14.
Może w następnym filmie pokażę ci jeszcze jakieś przykłady.
Te zapiski moga powodować, że pomyślisz,
że to jest jakaś skala absolutna.
Że pH=0 to najbardziej kwasowy roztwór, a pH=14 to najbardziej zasadowy roztwór z możliwych.
Ale tak nie jest.
Możesz otrzymać pH wyższe od 14
i niższe od 0.
To były tylko wartości dla roztworów o stężeniu 1 mol/dm3.
Pomyśl, co będzie, jak roztwór będzie miał stężenie 2 mol/dm3
albo 10 mol/dm3.
Powiedzmy, że masz stężenie
jonów wodorowych równe 10 mol/dm3.
Masz 10 moli mocnego kwasu,
które wkładasz do 1 litra wody.
Czyli stężenie jest 10 mol/dm3.
Ile wynosi pH takiego roztworu?
pH = -log10
Logarytm z 10 wynosi 1.
Bo 10 do potęgi 1 = 10.
Ale ujemny logarytm z 10 to (-)1.
Czyli pH = (-)1!
Takie jest pH mocnego kwasu o stężeniu 10 mol/dm3!
To tyle na dziś,
do zobaczenia w następnym filmie!