Tabla de Contenidos
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:
คำสั่งยังระบุด้วยว่าจะมีการจัดเตรียมสารละลาย 500.00 มล. ซึ่งสอดคล้องกับปริมาตรของสารละลาย เนื่องจากพวกมันต้องการโมลาริตี จึงต้องแปลงปริมาตรนี้เป็นลิตร
ขั้นตอนที่ #2: คำนวณความเข้มข้นของโมลาร์ของอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งมักเรียกว่าความเข้มข้นในการวิเคราะห์
โดยทั่วไป การคำนวณความเข้มข้นของไอออนในเกลือจะง่ายกว่าจากความเข้มข้นโมลาร์ของเกลือเอง เราทำสิ่งนี้โดยใช้สูตรโมลาริตีและข้อมูลที่นำเสนอด้านบน
โดยที่ C K3PO4หมายถึงความเข้มข้นโมลาร์ของเกลือ
หมายเหตุผู้เขียน:โดยทั่วไป เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ C เพื่อแสดงถึงความเข้มข้นในการวิเคราะห์ใดๆ ในหน่วยความเข้มข้นใดๆ โดยความเข้มข้นเชิงวิเคราะห์ เราหมายถึงความเข้มข้นที่คำนวณจากปริมาณตัวถูกละลาย ตัวทำละลาย และสารละลายที่วัดได้ นี่คือการแยกแยะความแตกต่างจากความเข้มข้นของสปีชีส์ต่างๆ หลังจากเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือเมื่อสร้างสมดุลทางเคมี
ขั้นตอนที่ #3: เขียนสมการการแยกตัวที่สมดุล
ในกรณีนี้ อิเล็กโทรไลต์เข้มข้นจึงเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับไม่ได้ (ไม่ได้สร้างสมดุล):
ขั้นตอนที่ #4: ใช้ความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่ได้จากสมการที่สมดุลเพื่อกำหนดความเข้มข้นของไอออนที่สนใจ
เมื่อเขียนสมการได้แล้ว สิ่งที่ต้องทำคือใช้ปริมาณสารสัมพันธ์เพื่อหาความเข้มข้นของไอออน เราสามารถคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ได้โดยตรงโดยใช้ความเข้มข้นของโมลาร์แทนโมล เนื่องจากการคำนวณทั้งหมดที่เรากำลังดำเนินการอ้างอิงถึงสารละลายเดียวที่ปริมาตรไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นความเข้มข้นจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับโมลของแต่ละสปีชีส์
ซึ่งหมายความว่าความเข้มข้นของไอออนทั้งสองถูกกำหนดโดย:
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:
ขั้นตอนที่ #3: เขียนสมการการแยกตัวที่สมดุล
ไม่เหมือนกับกรณีก่อนหน้านี้เนื่องจากเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอ ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นจึงมีการสร้างสมดุล:
ขั้นตอนที่ #4: แก้สมดุลเคมีเพื่อหาความเข้มข้นของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
กระบวนการส่วนนี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับขั้นตอนก่อนหน้า เนื่องจากความเข้มข้นสุดท้ายของไอออนไม่สามารถกำหนดได้โดยตรงจากความเข้มข้นเริ่มต้นของกรดด้วยปริมาณสารสัมพันธ์ เนื่องจากความเข้มข้นเหล่านี้จะต้องเป็นไปตามสภาวะสมดุลที่กำหนดโดยกฎของการกระทำโดยมวล .
ในกรณีนี้ สภาวะสมดุลถูกกำหนดโดยนิพจน์ของค่าคงที่สมดุล:
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:
สมการนี้สามารถเขียนใหม่เป็น:
ซึ่งเป็นสมการดีกรีสอง ซึ่งหลังจากแทนค่าของค่าคงที่ความเป็นกรดแล้ว จะได้คำตอบดังนี้
ดังที่เราเห็นในตาราง ICE ความเข้มข้นของไอออนทั้งสองในกรณีนี้เท่ากับ X เราจึงสามารถเขียน
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