pH-ul soluțiilor apoase de baze slabe

În continuare vom vedea cum putem calcula pH-ul soluțiilor de baze slabe.

Bazele slabe nu conțin ionul hidroxil în structura lor, însă, la dizolvarea în apă,

aceste substanțe măresc concentrația de ion hidroxil din apă prin acceptarea unui proton de la o moleculă de apă și formând astfel un ion hidroxil.

Constanta de bazicitate care caracterizează acest echilibru are această expresie.

Considerăm concentrația inițială a bazei ca fiind CB mol pe litru și aplicăm aceleași simplificări ca și în cazul acizilor slabe.

La echilibru, concentrația molară a ionilor hidroxil este egală cu concentrația molară a ionilor BH+.

Pentru fiecare ion hidroxil format se formează și un ion BH+.

Și mai considerăm că, la echilibru, concentrația bazei este egală cu concentrația inițială a bazei minus concentrația ionilor hidroxil.

Astfel, expresia constantei de bazicitate se transformă.

Urmează aceeași serie de calcule ca și în cazul acizilor slabi.

Pentru a afla concentrația ionilor hidroxil scriem expresia constantei de bazicitate sub forma acestei relații

și ajungem într-un final la o relație de calcul pentru concentrația ionilor hidroxil de această formă.

Relație valabilă pentru bazele slabe care totuși au un grad de disociere destul de mare.

Însă, pentru bazele cu constanta de bazicitate mai mică decât 10 la minus 5,

neglijăm acești doi termeni, astfel că obținem această formulă pentru calculul concentrației ionilor hidroxil din soluție.

Sau, la fel cum am făcut și în cazul acizilor slabi, presupunem că la echilibru baza slabă disociează atât de puțin

încât nici nu are loc să luăm în considerare că s-ar fi modificat concentrația inițială a bazei.

Cu alte cuvinte, aplicăm o altă simplificare și anume concentrația bazei la echilibru este egală cu concentrația inițială a bazei,

astfel constanta de bazicitate va avea această expresie și aplicând această simplificare am ajuns, una, două, la această relație.

Să nu uităm că de fiecare dată în cadrul unei probleme de calcul trebuie să specificăm simplificările pe care le-am aplicat.

Bun, deci acum avem concentrația ionilor hidroxil și trebuie să aflăm și concentrația ionilor hidroniu

pentru a putea calcula pH-ul soluției.

În această relație, înlocuind concentrația ionilor hidroxil,

știm și că constanta de aciditate înmulțită cu constanta de bazicitate a unui cuplu acid-bază conjugat

este egal cu produsul ionic al apei, de unde constanta de bazicitate este egală cu acest raport

pe care îl înlocuim în această relație de mai sus

și după câteva calcule obținem relația pentru concentrația ionilor hidroniu din soluția de bază slabă.

Astfel, pH-ul soluției de bază slabă este egal cu logarit decimal negativ din acest radical

și după alte calcule matematice ajungem la această formulă

formulă valabilă pentru soluțiile de bază slabă cu o constantă de bazicitate mai mică decât 10 la minus 5

la temperatura de 25 de grade Celsius.

În continuare vom aplica ceea ce am învățat pentru a calcula pH-ul unei soluții de amoniac 0,01 molar.

Ni se dă constanta de aciditate a ionului amoniu

Ionul amoniu fiind baza conjugată a amoniacului

De aici trebuie să aflăm pH-ul acestei soluții

Mai întâi, scriem ecuația reacției de ionizare a amoniacului în apă

Se formează ionul amoniu și ionul hidroxil

Echilibrul este caracterizat prin această constantă de bazicitate

Amoniacul este o bază slabă care dissociază foarte puțin în apă

De aceea considerăm că la echilibru concentrația amoniacului este egală cu concentrația inițială

adică cu 0,01 mol pe litru

valoare pe care o mai putem scrie și sub forma 10 la minus 2 mol pe litru

și se mai consideră că la echilibru concentrația molară a ionilor amoniu

este egală cu concentrația molară a ionilor hidroxil

Deci pentru fiecare ion hidroxil format se formează și un ion amoniu

și se ignoră ionii hidroxil formați prin autoionizare a apei

care oricum sunt cu mult mai puțini față de ionii hidroxil formați prin ionizare a amoniacului

Deci avem aceste două aproximații

Astfel expresia constantei de bazicitate se transformă

iar concentrația ionilor hidroxil este egală cu radical din constanta de bazicitate

ori concentrația inițială a bazei

Constanta de bazicitate o aflăm din relația aceasta

Înlocuim cu valoarea constantă de aciditate

și obținem valoarea constantă de bazicitate

1,78 ori 10 la minus 5 mol pe litru

Acum putem afla concentrația molară a ionilor hidroxil

Efectuăm calculul și obținem 4,22 ori 10 la minus 4 mol pe litru

Pentru a afla pH-ul acestei soluții trebuie să calculăm și concentrația ionilor hidroniu

care este egală cu raportul dintre produsul ionic al apei și concentrația ionilor hidroxil

și este egală cu 10 la minus 14 supra 4,22 ori 10 la minus 4

Efectuăm calculul și obținem 2,36 ori 10 la minus 11 mol pe litru

Deci pH-ul este egal cu minus logaritm decimal din 2,36 ori 10 la minus 11

este egal cu 11 minus logaritm decimal din 2,36

și este egal cu 10,6

Aflăm la pH-ul acestei soluții și folosindu-ne de relația pH plus POH egal cu 14

Calculăm POH-ul minus logaritm din 4,22 ori 10 la minus 4

Efectuăm calculul 4 minus logaritm din 4,22

și obținem POH-ul egal cu 3,4

POH-ul din această relație este egal cu 14 minus POH

adică este egal cu 14 minus 3,4

și obținem astfel tot o valoare de 10,6

Haideți să verificăm acum rezultatul obținut și cu formula pH-ului pentru baze slabe

Pentru a aplica această formulă trebuie să calculăm exponentul de aciditate

PKA este egal cu minus logaritm din valoarea constantă de aciditate

0,56 ori 10 la minus 9

și este egal cu 9 minus logaritm din 0,56

Efectuăm calculul și am obținut 9,25

Așadar, pH-ul este egal cu 1 supra 2 ori 9,25

plus 1 supra 2 ori logaritm decimal din concentrația inițială a baze

adică 10 la minus 2 și plus 7

Efectuăm acest calcul și obținem tot un pH egal cu 10,6