Jak przewidzieć pH roztworu w reakcji kwas + zasada?

Badanie pH roztworu powstałego w wyniku reakcji kwasu z zasadą jest istotne dla poznania właściwości chemicznych soli. Tekst przedstawia, w jaki sposób różnorodne sole wpływają na pH. Uwzględnia siłę zastosowanych kwasów i zasad. Dla przykładu, analizuje sole takie jak NaCl czy NH4Cl. Dodatkowo, tłumaczy, jak w praktyce wykorzystać równanie Hendersona-Hasselbalcha do wyznaczania pH roztworów soli.

Co to jest pH roztworu soli?

pH roztworu soli odgrywa kluczową rolę w określaniu jego kwasowości lub zasadowości, co jest uzależnione od stężenia jonów H3O+ oraz OH- w wodzie.

Różnorodne sole oddziałują na pH w różny sposób. Przykładowo:

• sole pochodzące z mocnych kwasów i zasad, takie jak NaCl, charakteryzują się neutralnym pH, wynoszącym około 7,
• sole, które powstają z mocnych kwasów i słabych zasad, jak NH4Cl, obniżają pH, nadając roztworowi charakter kwaśny,
• sole złożone ze słabych kwasów i mocnych zasad podnoszą pH, co skutkuje zasadowym odczynem.

🫴 Aby w pełni pojąć właściwości pH roztworu soli, istotne jest zbadanie składu chemicznego soli oraz jej pochodzenia, ponieważ te czynniki decydują o jej właściwościach kwasowo-zasadowych.

Jak sole wpływają na pH roztworu?

Dysocjacja soli w wodzie uwalnia jony, które mogą wchodzić w reakcję z wodą w procesie hydrolizy. Ma to wpływ na pH roztworu, zmieniając jego kwasowość lub zasadowość. Sole mogą być kwasowe, zasadowe lub neutralne, a wszystko zależy od ich składu chemicznego. Na przykład, sole powstałe z mocnych kwasów i mocnych zasad zazwyczaj nie wpływają na pH, ponieważ ich jony nie oddziałują z wodą.

Natomiast:

• sole takie jak NH4Cl, pochodzące z mocnych kwasów i słabych zasad, prowadzą do hydrolizy kationowej, co zwiększa stężenie H3O+ i obniża pH,
• sole takie jak CH3COONa, które powstają ze słabych kwasów i mocnych zasad, skutkują hydrolizą anionową, co powoduje wzrost stężenia OH- i podwyższenie pH.

Dodatkowo, sole pochodzące z kombinacji słabych kwasów i słabych zasad mogą mieć różnorodny wpływ na pH, w zależności od siły swoich składników.

Jakie są właściwości kwasowo-zasadowe soli?

Właściwości kwasowo-zasadowe soli wynikają z siły kwasu i zasady, które je tworzą. Sole pochodzące z mocnego kwasu i słabej zasady, jak na przykład chlorek amonu (NH₄Cl), wykazują odczyn kwasowy. Jest to spowodowane hydrolizą kationową, która zwiększa stężenie jonów H3O+ i obniża pH roztworu. Z kolei sole powstałe ze słabego kwasu i mocnej zasady, takie jak wodorowęglan sodu (NaHCO₃), mają odczyn zasadowy. Dzieje się tak z powodu hydrolizy anionowej, która powoduje wzrost stężenia jonów OH- i podwyższenie pH. Sole utworzone z mocnych kwasów i mocnych zasad, na przykład NaCl, zazwyczaj nie wpływają na pH, pozostając obojętne. W przypadku soli złożonych ze słabych kwasów i słabych zasad, ich właściwości mogą się różnić w zależności od siły poszczególnych składników.

Wpływ mocy kwasu i zasady na odczyn soli

Kwas i zasada, z których powstają sole, wpływają na ich odczyn. Sole utworzone z mocnego kwasu i słabej zasady, takie jak chlorek amonu (NH₄Cl), mają charakter kwasowy. Jest to spowodowane tym, że mocny kwas uwalnia więcej jonów H⁺, co skutkuje obniżeniem pH roztworu. Z drugiej strony, sole ze słabego kwasu i mocnej zasady, jak octan sodu (CH₃COONa), wykazują odczyn zasadowy. Aniony słabego kwasu wchodzą w reakcję z wodą, tworząc jony OH⁻, co z kolei podnosi pH. Natomiast sole powstałe z mocnych kwasów i zasad, na przykład NaCl, zazwyczaj nie wpływają na zmianę pH, co pozostawia roztwór neutralnym.

Przykłady soli i ich wpływ na pH roztworu

Sole odgrywają istotną rolę w chemii, wpływając na poziom pH roztworów. Przykładem może być chlorek sodu (NaCl), który jest solą neutralną. Oznacza to, że jego roztwór wodny ma pH bliskie 7, ponieważ jony sodu i chlorkowe nie wchodzą w reakcję z wodą, co sprawia, że stężenie jonów H3O+ i OH- pozostaje stałe.

Z kolei chlorek amonu (NH4Cl) wykazuje właściwości kwasowe. Powstaje, gdy mocny kwas solny (HCl) reaguje ze słabą zasadą, czyli amoniakiem (NH3). W roztworze wodnym NH4Cl ulega hydrolizie, co prowadzi do zwiększenia stężenia jonów H3O+ i obniżenia pH.

NaCl i NH4Cl to tylko dwa z wielu przykładów soli. Ich wpływ na pH można lepiej zrozumieć, analizując moc kwasu i zasady, z których się wywodzą. Sole powstałe z mocnych kwasów i mocnych zasad, jak NaCl, nie wpływają na pH. Natomiast te, które pochodzą od mocnych kwasów i słabych zasad, jak NH4Cl, obniżają pH, nadając roztworowi kwaśny charakter.

NaCl – neutralny odczyn

Chlorek sodu, znany również jako NaCl, charakteryzuje się neutralnym pH wynoszącym około 7. Wynika to z faktu, że jest produktem reakcji wodorotlenku sodu (NaOH) z kwasem solnym (HCl). Oba te związki to silne elektrolity, które całkowicie się neutralizują, co prowadzi do braku hydrolizy w roztworze soli. Dzięki temu chlorek sodu nie wpływa na zmianę pH, pozostawiając roztwór w stanie obojętnym. Jony sodu i chlorkowe nie reagują z wodą, co umożliwia zachowanie stabilnego poziomu jonów H3O+ i OH-.

NH4Cl – kwasowy odczyn

Sól NH4Cl w roztworze wodnym wykazuje kwasowy odczyn. Dzieje się tak, ponieważ powstaje z połączenia słabej zasady NH4OH i silnego kwasu HCl. Kationy amonowe (NH4+) ulegają hydrolizie w obecności wody. W wyniku tego procesu uwalniane są jony H+, co zwiększa ich stężenie, obniżając pH roztworu poniżej 7. To dowodzi kwasowego charakteru tego związku.

Jak obliczyć pH roztworu soli?

Aby określić pH roztworu soli, trzeba przeanalizować stężenia jonów H₃O⁺ i OH^–. Istotna jest tutaj moc kwasu i zasady, z których sól się wywodzi. Gdy sól powstaje z mocnego kwasu i słabej zasady, roztwór będzie miał odczyn kwasowy. Z kolei sole pochodzące ze słabego kwasu i mocnej zasady skutkują odczynem zasadowym.

Równanie Hendersona-Hasselbalcha jest przydatne do takich obliczeń, zwłaszcza w przypadku roztworów buforowych, gdzie sól pełni ważną rolę^[3]. Wzór ten wygląda następująco:

🫴 pH = pK_a + log([A^–]/[HA])

W tym równaniu pK_a oznacza ujemny logarytm stałej dysocjacji kwasu, [A^–] to stężenie anionów, a [HA] to stężenie niezdysocjowanego kwasu. Przy solach o odczynie kwasowym lub zasadowym należy uwzględnić hydrolizę, która może zmieniać ostateczne stężenia jonów H₃O⁺ lub OH^–.

Zrozumienie tych mechanizmów oraz precyzyjne obliczenia pozwalają dokładnie określić pH roztworu soli^[3].

Równanie Hendersona-Hasselbalcha w praktyce

Równanie Hendersona-Hasselbalcha stanowi istotne narzędzie do obliczania pH roztworów buforowych, co jest szczególnie przydatne przy przewidywaniu pH roztworów soli będących składnikiem buforu. Wzór ten wygląda następująco: pH = pKₐ + log([A⁻]/[HA]). W tym równaniu pKₐ odpowiada ujemnemu logarytmowi stałej dysocjacji kwasu, [A⁻] to stężenie anionu, a [HA] to stężenie kwasu. Równanie to jest niezwykle przydatne w praktyce, na przykład w utrzymaniu stabilnego pH roztworów, co ma duże znaczenie zarówno w chemii, jak i biologii. Pozwala ono na precyzyjne określenie pH, co jest kluczowe dla utrzymania stabilności roztworów buforowych.

---

Źródła:

• [1] https://chemiamaturalna.com/obliczanie-ph-mieszaniny/
• [2] https://chemiamaturalna.com/obliczanie-ph-kwasow/
• [3] https://chemiamaturalna.com/jak-przewidziec-ph-roztworu-w-reakcji-kwas-zasada/
• [4] https://zpe.gov.pl/a/przeczytaj/Dkw0XHH2F
• [5] http://beta.chem.uw.edu.pl/people/MMaj-Zurawska/rach3-6.htm
• [6] https://www.youtube.com/watch?v=3fPLu94MZ0M
• [7] https://chemianastoprocent.pl/stezenie-slabego-kwasu-ph/
• [8] https://www.youtube.com/watch?v=IfOSs8PmATA
• [9] https://zpe.gov.pl/pdf/PhXxSlc5d
• [10] https://pg.edu.pl/files/chem/2021-04/Rozdzia%C5%82%207.pdf
• [11] https://www.youtube.com/watch?v=uwv_nZml6U4
• [12] https://pl.khanacademy.org/science/high-school-biology/hs-biology-foundations/hs-ph-acids-and-bases/a/hs-ph-acids-and-bases-review
• [13] https://www.products.pcc.eu/pl/academy/wskazniki-ph/