pOH 계산 – 빠른 검토

용액의 pOH는 해당 용액에 존재하는 수산화물 이온의 몰 농도의 밑이 10인 로그의 음수로 정의됩니다 .

pH가 용액의 산도를 측정하는 것처럼 pOH는 염기도를 측정합니다.

간접적이긴 하지만 pH 척도가 pOH와 동일한 정보를 제공한다면 때때로 pOH가 왜 존재하고 왜 사용되는지 혼란스럽습니다. 즉, 이미 용액의 pH를 제공하지 않는 pOH가 제공할 수 있는 정보는 없습니다.

그러나 pH를 계산하는 것보다 pOH를 계산하는 것이 더 쉬운 경우가 많습니다. 우리가 강염기 또는 약염기의 용액을 준비할 때 한 가지 예가 발생하며, 더 악명 높은 또 다른 예는 약염기와 짝산의 염으로부터 완충 용액을 준비할 때입니다.

일반적으로 염기성 용액이 존재할 때마다 pOH의 계산은 산성 용액의 pH 계산과 유사한 방식으로 수행 ^할 수 _있습니다 . 수산화물 이온(OH ^. ), pOH에 의한 pH, 강산 또는 약염기에 의한 강산 또는 약산 및 염기도 상수(K _b )에 의한 산도 상수(K _a ).

다음 섹션에서는 다양한 상황과 다양한 유형의 데이터에서 pOH를 계산하는 프로세스를 살펴보겠습니다. 그러나 먼저 수용액의 산-염기 균형과 관련된 기본 개념에 대해 간단히 검토할 것입니다.

물의 이온 균형

수용액의 산도 또는 염기도는 용질로 작용하는 산 또는 염기와 용매로 작용하는 물의 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. 물은 산도와 염기도 개념의 가장 중요한 부분을 나타내며 실제로 산성, 염기성 및 중성 용액의 의미를 결정합니다.

동시에 물은 pH와 pOH 척도를 정의하는 것이며 물 분자가 산으로 작용하는 동안 물 분자가 산으로 작용하는 모든 물 시료에서 지속적으로 발생하는 산-염기 균형 덕분에 이렇게 합니다. 베이스로:

물은 양성자화되고 스스로 가수분해되기 때문에 이 반응을 물의 자가원자분해 반응이라고 합니다. 또는 이 방정식을 간단한 해리로 단순화된 형식으로 작성할 수 있습니다.

이 반응은 빠르게 평형에 도달하는 가역 반응 입니다 . _{따라서 그것은 물의 이온 생성물의 상수 또는 KW} 라고 하는 평형 상수 와 관련이 있으며 다음과 같이 주어집니다.

이 방정식의 양변에 밑이 10인 음의 로그를 취하고 로그의 일부 특성을 적용하고 pH 및 pOH의 정의를 사용하면 이 방정식은 다음과 같이 됩니다.

화학량론에 따르면 순수한 물(중성으로 간주됨)에서 양성자(또는 하이드로늄 이온)와 수산화물의 농도는 서로 같고 10-7M의 가치가 있습니다. 산성 용액에서는 하이드로늄 이온의 농도가 더 ^높습니다 . 염기성 용액에는 수산화물 이온의 농도가 더 높습니다. 이러한 데이터를 기반으로 용액의 산도 및 염기도에 관한 다음과 같은 결론에 도달할 수 있습니다.

• 중성 용액은 pH와 pOH가 모두 7입니다.
• 산성 용액 은 pH<7이고 pOH>7입니다.
• 염기성 용액 은 pH>7이고 pOH<7입니다.

산과 염기의 개념

용액의 pOH를 계산하려면 먼저 용액에 포함된 용질의 유형을 결정해야 합니다. 일반적으로 세 가지 유형의 용질을 구분합니다.

• 산성 용질 또는 단순히 산.
• 기본 용질 또는 염기.
• 중성 용질

단순화를 위해 우리는 Brønsted와 Lowry의 산과 염기 개념을 사용할 것입니다. 이에 따르면 산은 양성자를 다른 물질에 제공할 수 있는 모든 물질이고 염기는 양성자를 수용할 수 있는 물질입니다. 반면에 용질은 두 가지 중 어느 것도 할 수 없을 때 중립적입니다.

산-염기 균형

산과 염기에 대해 이야기할 때 두 종류의 산과 두 종류의 염기를 구별하는 것도 필요합니다. 둘 다 강산 또는 강염기 또는 약산 또는 약염기일 수 있습니다. 둘 사이의 차이점은 두 번째 경우에는 가역 반응 또는 산-염기 평형이 포함되는 반면 강산 및 강염기의 경우에는 완전히 해리되거나 반응한다고 가정한다는 것입니다(평형이 성립되지 않음).

이것은 용액의 pOH를 계산할 때 약산이나 약염기에 관한 것이라면 화학 평형을 풀어야 하지만 강한 경우에는 그렇지 않기 때문에 매우 중요합니다.

강산 및 강염기 용액의 pOH 계산

강산 및 강염기 용액의 pOH 계산에 해당하는 가장 간단한 경우부터 시작하겠습니다. 일관된 문제 해결 방법을 유지하기 위해 산과 염기의 모든 경우에 ICE 테이블(초기 농도, 변화 및 평형 농도)을 사용하여 각각의 이온이 해리되거나 가수분해될 때 서로 다른 이온의 농도가 어떻게 변하는지 명확하게 보여줍니다. 용질.

사례 1: 강산

강산 용액의 pOH를 계산하기 위해 산의 몰 농도와 해리 방정식에서 시작합니다. 산의 초기 농도에서 용액의 양성자 또는 하이드로늄 이온의 농도는 화학량론으로 계산됩니다. 이 농도로 pH가 결정되고 이전 방정식을 통해 pOH를 계산하는 데 사용됩니다.

예 1: 10-4몰 염산 용액의 pOH를 측정합니다.

염산 또는 HCl은 강산이며 해리 반응은 다음과 같습니다.

이 경우 HCl에 대한 ICE 테이블은 다음과 같습니다.

알 수 있듯이 하이드로늄 및 클로라이드 이온의 농도가 0인 상태에서 시작합니다. 그런 다음 모든 HCl이 완전히 해리된 후 10-4M ^의 하이드로늄 이온과 염소 이온이 형성되어 평형 상태에서 HCl이 남지 않고 하이드로늄 이온 농도가 10-4m가 ^됩니다 .

pH 정의 사용:

마지막으로 pOH는 14에서 pH를 빼서 계산합니다.

예상대로 용액의 pOH는 7보다 크며 이는 용질이 산성이라는 사실과 일치합니다.

사례 2: 강력한 염기

강염기의 경우, 염기가 용해될 때 수산화물 이온을 직접 생성하기 때문에 공정이 좀 더 직접적입니다. 이들은 ICE 테이블의 도움으로 화학량론에 의해 결정되며 마지막으로 pOH를 직접 계산하기 위해 공식이 적용됩니다.

예 2: 10-3몰 수산화나트륨 용액의 pOH를 측정합니다.

수산화나트륨 또는 NaOH는 강염기이며 해리 반응은 다음과 같습니다.

이 경우 NaOH의 ICE 테이블은 다음과 같습니다.

다시 말하지만, 나트륨 및 수산화물 이온의 농도가 0인 상태에서 시작합니다. 그러면 NaOH는 모두 강염기이므로 완전히 해리되고 그 후 10 ^-3 M의 나트륨 이온과 수산화물 이온이 모두 형성되므로 일단 평형에 도달하면 NaOH는 남지 않고 수산화물 이온의 농도는 10 ^{– 3M} _

이제 pOH의 정의를 사용하여:

이 경우 pOH는 염기라는 사실에 동의하는 7 미만입니다.

사례 3: 약산

약산 용액의 pOH를 계산하는 일반적인 과정은 강산의 경우와 동일한 단계를 따르지만 ICE 테이블에서 직접 하이드로늄 농도를 얻을 수 없다는 차이점이 있습니다. 평형에 도달하기 전에 분리됩니다.

위의 내용을 기반으로, 하이드로늄 이온의 최종 농도를 찾기 위해 평형을 푸는 것으로 구성된 절차에 추가 단계가 포함되어야 합니다. 이것은 약산의 해리 상수를 사용하여 수행됩니다.

예 3: 산 해리 상수가 1.75.10-5임을 알고 10-4 몰 아세트산 용액의 pOH를 결정합니다.

아세트산은 약한 유기산이며 해리 반응은 다음 화학 평형에 의해 제공됩니다.

다음 ICE 표는 초기 농도와 최종 농도를 연결합니다. 이 경우 실제로 얼마나 많은 산이 해리되는지 미리 알 수 없으므로 농도의 변화를 알 수 없음(x)으로 표시해야 합니다.

미지수인 X를 찾으려면 산도 상수로 주어지는 평형 상태의 모든 종의 농도 사이의 관계를 사용하는 것으로 충분합니다.

이 방정식은 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

이차방정식은 이차방정식을 이용하거나 적절한 함수가 있는 공학용계산기를 사용하여 쉽게 풀 수 있는 이차방정식입니다. 산도 상수 값을 대입한 후 이 방정식의 해는 다음과 같습니다.

이제 이 농도의 하이드로늄 이온을 사용하여 이전과 마찬가지로 pH와 pOH를 계산합니다.

마지막으로 pOH는 14에서 pH를 빼서 계산합니다.

이 경우 두 산의 농도가 같더라도 pOH는 HCl의 경우보다 산성이 적습니다. 이것은 약산이고 다른 하나는 강산이기 때문입니다.

사례 4: 기초가 약하다

약염기의 pOH 계산은 강염기와 약산의 경우에 적용되는 것을 결합합니다. 즉, 두 번째와 같이 화학 평형을 해결해야 하지만 OH 농도를 직접 구한 다음 다음과 같이 pOH를 계산 ^합니다 . 첫번째.

^{예 4: 염기도 상수가 7.4.10 -10} 임을 알고 10 ^-2 몰 아닐린 용액 의 pOH를 결정합니다 .

다시 우리는 염기 해리 반응에서 시작하지만 이 경우 약한 염기이므로 다음 평형이 설정됩니다.

단순화를 위해 아닐린은 일반 기본 B로 표시됩니다. ICE 테이블은 이전 사례와 유사하게 채워집니다.

다시, 미지의 X는 염기도 상수를 사용하여 찾습니다.

이전과 마찬가지로 이 방정식은 2차 방정식으로 다시 작성할 수 있습니다.

솔루션은 다음과 같습니다.

이 농도로 pOH를 직접 계산할 수 있습니다.

이는 알칼리성 또는 염기성 pOH 값으로 염기성인 아닐린 용액임을 감안하면 예상되는 수치이다. 그러나 이 용액의 아닐린이 이전 염기성 용액의 수산화나트륨보다 100배 더 농축되어 있음에도 불구하고 수산화 이온의 농도는 365배 더 작다는 사실을 알 수 있습니다. 상당히 약한 기반입니다.

사례 5: 버퍼 시스템 또는 pH 버퍼 용액의 pOH 계산

완충 용액은 약산과 그 짝염기의 염 또는 약염기와 그 짝산의 염의 혼합물입니다. 두 경우 모두 Henderson-Hasselbalch 방정식을 사용하여 pH와 pOH를 계산할 수 있습니다. 이 방정식은 약산과 그 짝염기인지 또는 약염기와 그 짝산인지에 따라 두 가지 형태를 갖습니다.

약산/짝염기 완충 시스템:

약염기/짝산 버퍼 시스템:

여기서 pKa 및 pKb는 각각 산도 및 염기도 상수의 음의 밑이 10인 로그입니다.

실시예 5: 0.5M 아세트산과 0.3M 아세트산나트륨을 포함하는 완충 용액의 pOH를 결정합니다. 이때 아세트산의 산도 상수는 1.75.10 ^-5 입니다 .

이 시스템은 짝염기의 염이 있는 약산 완충액에 해당하므로 이 경우 Henderson-Hasselbalch 방정식의 첫 번째 형식을 사용하여 pH를 계산한 다음 pOH를 계산합니다. 산과 염(C _산 및 C _염 )의 분석 농도는 평형 상태에서 이들 종의 각각의 농도에 대한 좋은 근사치로 간주될 수 있습니다.

^{실시예 6: 암모니아의 염기도 상수가 1.8.10-5} 임을 알고 0.3M 암모니아와 0.5M 염화암모늄을 포함하는 완충 용액의 pOH를 결정합니다 .

이것은 이전의 경우와 반대의 경우입니다. 이 버퍼는 짝산의 염을 가진 약한 염기에 해당합니다. Henderson-Hasselbalch 방정식의 두 번째 형식을 사용하여 pOH를 직접 결정할 수 있습니다.

참조

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