ตัวอย่างการคำนวณโมลาริตีของไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำ

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


อิเล็กโทรไลต์ที่ละลายในน้ำจะแยกอิเล็กโทรไลต์ออกเป็นไอออนที่มีประจุตรงข้าม ซึ่งช่วยให้สารละลายที่เป็นผลลัพธ์สามารถนำไฟฟ้าได้ ตัวอย่างของอิเล็กโทรไลต์ทั่วไป ได้แก่ เกลือประเภทต่างๆ เช่น โซเดียมคลอไรด์และโพแทสเซียมไนเตรต กรด เช่น กรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก และเบสบางชนิด เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ เป็นต้น

ในส่วนต่อไปนี้จะอธิบายโดยละเอียดโดยใช้ตัวอย่าง วิธีคำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของไอออนในสารละลายสำหรับอิเล็กโทรไลต์ประเภทต่างๆ รวมทั้งอิเล็กโทรไลต์ที่แก่และอ่อน

เหตุใดการคำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของไอออนในสารละลายจึงมีความสำคัญ

ด้วยเหตุผลหลายประการ จำเป็นต้องกำหนดหรือคำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของไอออนเหล่านี้เมื่อเตรียมสารละลาย ในแง่หนึ่ง ความเข้มข้นรวมของไอออนทำให้เรามีความคิดเกี่ยวกับความสามารถในการนำไฟฟ้า ในทางกลับกัน ความเข้มข้นรวมของไอออนยังมีอิทธิพลต่อความแรงของไอออนของสารละลาย ซึ่งส่งผลต่อสมดุลทางเคมีของระบบจริงต่างๆ เช่น กรดอ่อนและเบสอ่อน

ประการสุดท้าย ความเข้มข้นของไอออนต่างๆ มีความสำคัญมากในด้านชีววิทยาและชีวเคมี ทั้งนี้เนื่องจากความเข้มข้นของไอออน เช่น โซเดียมและโพแทสเซียม ตลอดจนคลอไรด์และไอออนอื่นๆ เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดศักยภาพของเมมเบรน แนวโน้มที่ไอออนจะผ่านด้านหนึ่งของเมมเบรนไปยังอีกด้านได้เองตามธรรมชาติ และ ปรากฏการณ์การขนส่งอื่น ๆ มากมายที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่เหมาะสมของเซลล์

การคำนวณความเข้มข้นของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น

อิเล็กโทรไลต์ที่เข้มข้นเป็นสารไอออนิกที่เมื่อละลายในน้ำจะกลายเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาการแตกตัวจะย้อนกลับไม่ได้ และหน่วยสูตรทั้งหมดของสารประกอบจะแยกออกจากกันเพื่อให้มีจำนวนไอออนในสารละลายมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ด้วยเหตุนี้ ในกรณีของอิเล็กโทรไลต์ที่เข้มข้น การคำนวณความเข้มข้นของไอออนจึงประกอบด้วยการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์อย่างง่าย ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาเคมีที่สมดุลหรือไม่สมดุล ยกตัวอย่างกรณีต่อไปนี้

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของไอออนสำหรับอิเล็กโทรไลต์เข้มข้น

คำแถลง:

คำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของฟอสเฟตไอออนและความเข้มข้นโมลาร์ของโพแทสเซียมไอออนในสารละลายที่เตรียมโดยการละลายโพแทสเซียมฟอสเฟต 10.00 กรัมในสารละลาย 500.0 มล.

สารละลาย:

ปัญหาประเภทนี้สามารถแก้ไขได้โดยทำตามขั้นตอนตามลำดับ บางขั้นตอนอาจไม่จำเป็นขึ้นอยู่กับข้อมูลที่จัดทำโดยคำสั่ง แต่โดยทั่วไปแล้ว คุณสามารถใช้:

ขั้นตอนที่ #1: ดึงข้อมูลและสิ่งที่ไม่รู้จัก กำหนดน้ำหนักโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง และดำเนินการแปลงหน่วยที่จำเป็น

นี่เป็นขั้นตอนแรกในการแก้ปัญหาทุกประเภท ในกรณีนี้ ข้อความระบุว่าสารละลายเตรียมโดยการละลายโพแทสเซียมฟอสเฟต 10.00 กรัม (K 3 PO 4 )ซึ่งสอดคล้องกับมวลของตัวถูกละลาย

เนื่องจากมีการร้องขอโมลาริตีของไอออน ในบางจุดเราต้องการมวลโมลาร์ของเกลือซึ่งก็คือ:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

คำสั่งยังระบุด้วยว่าจะมีการจัดเตรียมสารละลาย 500.00 มล. ซึ่งสอดคล้องกับปริมาตรของสารละลาย เนื่องจากพวกมันต้องการโมลาริตี จึงต้องแปลงปริมาตรนี้เป็นลิตร

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ขั้นตอนที่ #2: คำนวณความเข้มข้นของโมลาร์ของอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งมักเรียกว่าความเข้มข้นในการวิเคราะห์

โดยทั่วไป การคำนวณความเข้มข้นของไอออนในเกลือจะง่ายกว่าจากความเข้มข้นโมลาร์ของเกลือเอง เราทำสิ่งนี้โดยใช้สูตรโมลาริตีและข้อมูลที่นำเสนอด้านบน

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

โดยที่ C K3PO4หมายถึงความเข้มข้นโมลาร์ของเกลือ

หมายเหตุผู้เขียน:โดยทั่วไป เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ C เพื่อแสดงถึงความเข้มข้นในการวิเคราะห์ใดๆ ในหน่วยความเข้มข้นใดๆ โดยความเข้มข้นเชิงวิเคราะห์ เราหมายถึงความเข้มข้นที่คำนวณจากปริมาณตัวถูกละลาย ตัวทำละลาย และสารละลายที่วัดได้ นี่คือการแยกแยะความแตกต่างจากความเข้มข้นของสปีชีส์ต่างๆ หลังจากเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือเมื่อสร้างสมดุลทางเคมี

ขั้นตอนที่ #3: เขียนสมการการแยกตัวที่สมดุล

ในกรณีนี้ อิเล็กโทรไลต์เข้มข้นจึงเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับไม่ได้ (ไม่ได้สร้างสมดุล):

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ขั้นตอนที่ #4: ใช้ความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่ได้จากสมการที่สมดุลเพื่อกำหนดความเข้มข้นของไอออนที่สนใจ

เมื่อเขียนสมการได้แล้ว สิ่งที่ต้องทำคือใช้ปริมาณสารสัมพันธ์เพื่อหาความเข้มข้นของไอออน เราสามารถคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ได้โดยตรงโดยใช้ความเข้มข้นของโมลาร์แทนโมล เนื่องจากการคำนวณทั้งหมดที่เรากำลังดำเนินการอ้างอิงถึงสารละลายเดียวที่ปริมาตรไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นความเข้มข้นจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับโมลของแต่ละสปีชีส์

ซึ่งหมายความว่าความเข้มข้นของไอออนทั้งสองถูกกำหนดโดย:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

การคำนวณความเข้มข้นของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์อย่างอ่อน

ในกรณีของอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ความแตกต่างพื้นฐานคือปฏิกิริยาการแยกตัวสามารถย้อนกลับได้ และมีเพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ ของโมเลกุลของตัวถูกละลายเท่านั้นที่แยกตัวออกเพื่อสร้างไอออนอิสระ ด้วยเหตุนี้ ในการคำนวณความเข้มข้นของไอออนในกรณีเหล่านี้ จึงต้องแก้สมดุลเคมี

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของไอออนสำหรับอิเล็กโทรไลต์อย่างอ่อน

คำแถลง:

คำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของอะซีเตตไอออนและไฮโดร เนียมไอออนในสารละลายที่เตรียมโดยการละลายกรดอะซิติก 10.00 กรัมในสารละลาย 500.0 มิลลิลิตร โดยรู้ว่ากรดมีค่าคงที่ความเป็นกรดเท่ากับ 1.75 .10 -5

สารละลาย:

เนื่องจากกรณีนี้เกี่ยวข้องกับสารละลายของกรดอะซิติกซึ่งเป็นอิเล็กโทรไลต์อย่างอ่อน เราจึงต้องดำเนินการแก้ไขสมดุลไอออนิกที่สร้างขึ้นโดยการละลายตัวละลายนี้ในน้ำ ขั้นตอนแรกจะเหมือนกับข้างต้น แต่ตั้งแต่ขั้นตอนที่ 4 เป็นต้นไป ขั้นตอนจะเปลี่ยนไป นี่คือวิธี:

ขั้นตอนที่ #1: ดึงข้อมูลและสิ่งที่ไม่รู้จัก กำหนดน้ำหนักโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง และดำเนินการแปลงหน่วยที่จำเป็น

มวลของตัวถูกละลายเท่ากับ 10.00 กรัมอีกครั้ง และปริมาตรของสารละลายก็เท่ากับ 500.0 มล. ซึ่งเทียบเท่ากับ 0.5000 ลิตรตามที่เราเห็นก่อนหน้านี้ น้ำหนักโมเลกุลของกรดอะซิติก (CH 3 COOH) คือ 60.052 กรัม/โมล

ขั้นตอนที่ #2: คำนวณความเข้มข้นของโมลาร์ของอิเล็กโทรไลต์

จากข้อมูลที่นำเสนอข้างต้น ความเข้มข้นของโมลาร์เริ่มต้นหรือเชิงวิเคราะห์ของกรดอะซิติกคือ:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ขั้นตอนที่ #3: เขียนสมการการแยกตัวที่สมดุล

ไม่เหมือนกับกรณีก่อนหน้านี้เนื่องจากเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงมีการสร้างสมดุล:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ขั้นตอนที่ #4: แก้สมดุลเคมีเพื่อหาความเข้มข้นของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด

กระบวนการส่วนนี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับขั้นตอนก่อนหน้า เนื่องจากความเข้มข้นสุดท้ายของไอออนไม่สามารถกำหนดได้โดยตรงจากความเข้มข้นเริ่มต้นของกรดด้วยปริมาณสารสัมพันธ์ เนื่องจากความเข้มข้นเหล่านี้จะต้องเป็นไปตามสภาวะสมดุลที่กำหนดโดยกฎของการกระทำโดยมวล .

ในกรณีนี้ สภาวะสมดุลถูกกำหนดโดยนิพจน์ของค่าคงที่สมดุล:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ตาราง ICE ต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นเริ่มต้นกับความเข้มข้นสุดท้าย ในกรณีนี้ เนื่องจากเราไม่ทราบล่วงหน้าว่ากรดจะแตกตัวจริง ๆ เท่าใด การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นจึงต้องแสดงเป็นค่าที่ไม่ทราบ (X) จากนั้นโดยปริมาณสารสัมพันธ์จะพบว่า X จะต้องเกิดขึ้นจากอะซิเตตไอออนและจากโปรตอน:

ความเข้มข้น CH3COOH _ _ เอช+ CH 3 COO
ชื่อย่อ _ 0.3330ม 0 0
เปลี่ยน _ –X +X +X
และความสมดุล 0.3330–X x x

หากต้องการค้นหา X ที่ไม่รู้จักก็เพียงพอที่จะใช้สมการของค่าคงที่ความเป็นกรด:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

สมการนี้สามารถเขียนใหม่เป็น:

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ซึ่งเป็นสมการดีกรีสอง ซึ่งหลังจากแทนค่าของค่าคงที่ความเป็นกรดแล้ว จะได้คำตอบดังนี้

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ดังที่เราเห็นในตาราง ICE ความเข้มข้นของไอออนทั้งสองในกรณีนี้เท่ากับ X เราจึงสามารถเขียน

ตัวอย่างการคำนวณความเข้มข้นของโมลของไอออน

ความเข้มข้นของไอออนทั้งสองมีค่าเท่ากับ 2.41.10 -3โมลาร์

อ้างอิง

Bolívar, G. (2020, 9 กรกฎาคม). อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ: แนวคิด ลักษณะ ตัวอย่าง กู้คืนจากhttps://www.lifeder.com/electrolitos-debiles/

บราวน์ ที. (2564). เคมี: วิทยาศาสตร์กลาง (ฉบับที่ 11) ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: เพียร์สัน เอดูเคชั่น.

Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี (ฉบับที่ 10) นครนิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก: MCGRAW-HILL

การ์เซีย, เจ. (2545). ความเข้มข้นในการแก้ปัญหาทางคลินิก: ทฤษฎีและการแปลง รายได้ Costarric ศาสตร์. ยา , 23 , 81–88. สืบค้นจาก https://www.scielo.sa.cr/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0253-29482002000100008

สาริกา, ส. (น). ความเข้มข้นของไอออนพร้อมตัวอย่าง สืบค้นจากhttps://www.chemistrytutorials.org/ct/es/44-Concentraci%C3%B3n_de_iones_con_ejemplos

-โฆษณา-

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados