Αυτοϊοντισμός του νερού και ιοντικό γινόμενο

Με μια ματιά

Γράφεις τον αυτοϊοντισμό του νερού και στο καθαρό νερό βρίσκεις ίσες συγκεντρώσεις ιόντων οξωνίου και υδροξειδίου. Σε κάθε υδατικό διάλυμα και σε σταθερή θερμοκρασία χρησιμοποιείς το ιοντικό γινόμενο $\kw=\conc{\ion{H_3O^+}}\conc{\ion{OH^-}}$, το οποίο στους 25 °C ισούται με 10⁻¹⁴. Υπολογίζεις το pH και το pOH από τους αρνητικούς δεκαδικούς λογαρίθμους των αντίστοιχων συγκεντρώσεων. Χαρακτηρίζεις το διάλυμα ουδέτερο όταν οι συγκεντρώσεις είναι ίσες και χρησιμοποιείς ουδέτερο pH ίσο με 7 μόνο στους 25 °C.

2Συνδέεις την ισορροπία με τις συγκεντρώσεις

Γράφεις τον αυτοϊοντισμό του νερού ως αντιστρεπτή αντίδραση:

Στο καθαρό νερό βρίσκεις ίσες συγκεντρώσεις ιόντων οξωνίου και ιόντων υδροξειδίου. Σε κάθε υδατικό διάλυμα χρησιμοποιείς το ιοντικό γινόμενο του νερού:

Κρατάς σταθερή τη θερμοκρασία, επειδή το ιοντικό γινόμενο του νερού μεταβάλλεται με αυτή. Στους 25 °C χρησιμοποιείς:

Για καθαρό νερό στους 25 °C βρίσκεις:

Ορίζεις το pH και το pOH με τους δεκαδικούς λογαρίθμους:

Χαρακτηρίζεις ένα υδατικό διάλυμα ουδέτερο όταν οι 2 συγκεντρώσεις είναι ίσες. Χρησιμοποιείς ουδέτερο pH ίσο με 7 μόνο στους 25 °C.

3Ελέγχεις το καθαρό νερό στους 25 °C

Εξετάζεις αν το καθαρό νερό στους 25 °C έχει pH και pOH ίσα με 7.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Χρησιμοποιείς την ισότητα των συγκεντρώσεων και θέτεις:

   $$\conc{\ion{H_3O^+}}=\conc{\ion{OH^-}}=x$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Αντικαθιστάς στο ιοντικό γινόμενο του νερού και παίρνεις:

   $$x^2=10^{-14}$$
3. Δείξε το βήμα 3

   Κρατάς τη θετική συγκέντρωση και βρίσκεις:

   $$x=10^{-7}\,\unit{mol\,L^{-1}}$$
4. Δείξε το βήμα 4

   Υπολογίζεις το pH από τη συγκέντρωση του ιόντος οξωνίου:

   $$\ph=-\log\left(10^{-7}\right)=7$$
5. Δείξε το βήμα 5

   Υπολογίζεις το pOH από τη συγκέντρωση του ιόντος υδροξειδίου:

   $$\poh=-\log\left(10^{-7}\right)=7$$
6. Δείξε το βήμα 6

   Καταλήγεις ότι ο ισχυρισμός είναι σωστός, επειδή η θερμοκρασία είναι 25 °C και οι 2 συγκεντρώσεις είναι ίσες.

4Αποφεύγεις λάθη θερμοκρασίας και αραίωσης

• Δεν χρησιμοποιείς την τιμή $10^{-14}$ για το ιοντικό γινόμενο του νερού χωρίς τη συνθήκη των 25 °C.
• Δεν χαρακτηρίζεις κάθε διάλυμα με pH ίσο με 7 ως ουδέτερο χωρίς να ελέγξεις τη θερμοκρασία.
• Δεν αγνοείς τον αυτοϊοντισμό του νερού όταν η συγκέντρωση ενός ισχυρού οξέος ή μιας ισχυρής βάσης είναι συγκρίσιμη με τη συγκέντρωση που συνεισφέρει το νερό.

5Τεκμηρίωση

• Ελέγχεις ότι ο αυτοϊοντισμός παράγει ίσες ποσότητες ιόντων οξωνίου και υδροξειδίου στο καθαρό νερό.

• Ελέγχεις ότι το ιοντικό γινόμενο ισούται με το γινόμενο των 2 συγκεντρώσεων.

• Κρατάς μία θερμοκρασία, επειδή το ιοντικό γινόμενο του νερού μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία.

• Χρησιμοποιείς στους 25 °C την αριθμητική τιμή του ιοντικού γινομένου του νερού.

• Βρίσκεις στο καθαρό νερό στους 25 °C τη συγκέντρωση κάθε ιόντος.

• Υπολογίζεις το pH από τον αρνητικό δεκαδικό λογάριθμο της αριθμητικής συγκέντρωσης του ιόντος οξωνίου.

• Υπολογίζεις το pOH από τον αρνητικό δεκαδικό λογάριθμο της αριθμητικής συγκέντρωσης του ιόντος υδροξειδίου.

• Χαρακτηρίζεις ένα υδατικό διάλυμα ουδέτερο όταν οι συγκεντρώσεις των 2 ιόντων είναι ίσες και χρησιμοποιείς ουδέτερο pH ίσο με 7 μόνο στους 25 °C.

• Συνυπολογίζεις τον αυτοϊοντισμό του νερού σε πολύ αραιό διάλυμα ισχυρού οξέος ή ισχυρής βάσης.