Oblicz Stopień Dysocjacji Oraz Ph Roztworu Kwasu Azotowego Iii

Dzień dobry wszystkim! Dziś odpowiem na pytanie o obliczanie stopnia dysocjacji i pH roztworu kwasu azotowego(III), czyli HNO2. To częsty problem na chemii, więc postaram się to wytłumaczyć w prosty sposób.

Zacznijmy od zrozumienia, czym w ogóle jest dysocjacja i pH. Dysocjacja, w skrócie, to rozpad związku chemicznego na jony w roztworze. W przypadku kwasów, chodzi o rozpad na jony wodorowe (H+) i resztę kwasową. Stopień dysocjacji, oznaczany zwykle symbolem α, mówi nam, jaka część cząsteczek kwasu uległa temu rozpadowi. pH natomiast, to miara kwasowości lub zasadowości roztworu. Skala pH ma wartości od 0 do 14, gdzie wartości poniżej 7 oznaczają roztwory kwasowe, wartość 7 to roztwór obojętny, a wartości powyżej 7 to roztwory zasadowe.

Teraz przejdźmy do konkretów, czyli obliczeń dla HNO2.

Dane, których potrzebujemy:

Żeby w ogóle zacząć cokolwiek liczyć, potrzebujemy kilku informacji:

Stężenie kwasu (C): To informacja, ile moli kwasu znajduje się w jednym litrze roztworu. Zazwyczaj wyrażone jest w mol/dm3 (czyli mol/L). Załóżmy, że mamy roztwór HNO2 o stężeniu 0,1 mol/L.
Stała dysocjacji kwasu (Ka): To liczba, która charakteryzuje moc kwasu. Im większa wartość Ka, tym mocniejszy kwas (czyli łatwiej dysocjuje). Dla kwasu azotowego(III) Ka ma wartość około 4.5 x 10-4. Ta wartość jest do znalezienia w tablicach chemicznych lub w internecie.

Krok po kroku: Obliczanie stopnia dysocjacji (α):

HNO2, jak już wspomniałem, w wodzie dysocjuje na jony wodorowe (H+) i jony azotynowe (NO2-):

HNO2 ⇌ H+ + NO2-

To, co jest istotne, to fakt, że dysocjacja nie zachodzi w 100%. Część cząsteczek HNO2 pozostaje w postaci niezjonizowanej.

Zapisujemy równanie na stałą dysocjacji (Ka):

Ka = [H+] * [NO2-] / [HNO2]

Gdzie:

[H+] to stężenie jonów wodorowych w stanie równowagi
[NO2-] to stężenie jonów azotynowych w stanie równowagi
[HNO2] to stężenie niezjonizowanego kwasu azotowego(III) w stanie równowagi

Wyrażamy stężenia jonów i kwasu za pomocą stopnia dysocjacji (α):

Na początku mieliśmy stężenie kwasu równe C. Po dysocjacji:

Stężenie jonów H+ wynosi C * α
Stężenie jonów NO2- wynosi C * α
Stężenie niezjonizowanego HNO2 wynosi C - C * α = C * (1 - α)

Podstawiamy te wartości do równania na Ka:

Ka = (C * α) * (C * α) / (C * (1 - α))

Ka = (C * α^2) / (1 - α)

Upraszczamy równanie i rozwiązujemy je względem α:
5 x 10-4 = (0.1 * α^2) / (1 - α)

To jest równanie kwadratowe, które możemy rozwiązać. Można to zrobić za pomocą kalkulatora z funkcją rozwiązywania równań kwadratowych lub za pomocą wzoru na pierwiastki równania kwadratowego (Δ).

Alternatywnie, często można dokonać uproszczenia, jeśli Ka jest małe w porównaniu do stężenia C. Wtedy możemy założyć, że (1 - α) ≈ 1. To znaczy, że niewiele kwasu uległo dysocjacji, więc możemy pominąć odjęcie α od 1. Sprawdźmy, czy możemy to zrobić: Ka/C = 4.5 x 10-4 / 0.1 = 0.0045. Ponieważ ta wartość jest mniejsza niż 0.05 (niektórzy używają 0.01), możemy zastosować uproszczenie.

Wtedy równanie upraszcza się do:

Ka ≈ C * α^2

α^2 ≈ Ka / C

α ≈ √(Ka / C)

Obliczamy α:

α ≈ √(4.5 x 10-4 / 0.1)

α ≈ √(0.0045)

α ≈ 0.067

Czyli stopień dysocjacji kwasu azotowego(III) w tym roztworze wynosi około 0.067, co można wyrazić jako 6.7%. Oznacza to, że około 6.7% cząsteczek kwasu uległo dysocjacji na jony.

Krok po kroku: Obliczanie pH roztworu:

Skoro mamy już obliczony stopień dysocjacji, obliczenie pH jest proste.

Obliczamy stężenie jonów wodorowych [H+]:

[H+] = C * α

[H+] = 0.1 mol/L * 0.067

[H+] = 0.0067 mol/L

Obliczamy pH:

pH = -log[H+]

pH = -log(0.0067)

pH ≈ 2.17

Czyli pH roztworu kwasu azotowego(III) o stężeniu 0.1 mol/L wynosi około 2.17. Jest to roztwór kwasowy.

Podsumowanie:

Żeby obliczyć stopień dysocjacji i pH roztworu słabego kwasu, potrzebujemy stężenia kwasu i stałej dysocjacji. Następnie:

Zapisujemy równanie na Ka i wyrażamy stężenia jonów i kwasu za pomocą stopnia dysocjacji (α).
Rozwiązujemy równanie względem α (często można dokonać uproszczenia).
Obliczamy stężenie jonów wodorowych [H+] ze wzoru [H+] = C * α.
Obliczamy pH ze wzoru pH = -log[H+].

Pamiętajcie, że to są przybliżone obliczenia. W rzeczywistości, szczególnie dla bardziej stężonych roztworów, mogą być potrzebne bardziej skomplikowane metody obliczeniowe. Mam nadzieję, że to wyjaśnienie było pomocne! Powodzenia w rozwiązywaniu zadań z chemii!