Leerdoelen
•je kunt de formule voor het berekenen van de pH en de H_3O^{+} concentratie toepassen
•je kunt uitleggen waarom de pH wordt gebruikt
•je kunt de pH van een sterk zuur berekenen
•je kunt de pH van een zwak zuur berekenen
Wat is pH?
De pH is een maat voor de zuurgraad van een oplossing en varieert van 0 tot 14. Een zure oplossing bevat $ H_3O^{+} $ ionen. De pH kan worden berekend als de concentratie van $ H_3O^{+} $ in mol per liter bekend is. De formule voor pH is:
\text{pH}=-\log[\text{H}_{\text{3}}O^{+}]
Het is belangrijk dat de $ H_3O^{+} $ concentratie in mol per liter wordt uitgedrukt, niet in gram per liter. Wanneer je de logaritme van de H_3O^{+} concentratie berekent, moet je het resultaat vermenigvuldigen met -1 om de pH te krijgen.
Waarom de pH-schaal?
De pH-schaal is handig omdat het de concentratie van H_3O^{+} ionen op een logaritmische schaal weergeeft. Dit betekent dat een verandering van één pH-eenheid overeenkomt met een tienvoudige verandering in de H_3O^{+} concentratie. Bijvoorbeeld, een pH van 0 betekent een H_3O^{+} concentratie van 1 mol per liter, terwijl een pH van 1 een concentratie van 0,1 mol per liter betekent. Dit maakt het eenvoudiger om met grote verschillen in zuurgraad te werken zonder veel nullen te hoeven schrijven.
Berekening van de pH van een sterk zuur
Voorbeeld: HCl in water
We hebben een bekerglas met 240 milliliter water waarin 2,0 gram HCl is opgelost. HCl is een sterk zuur en dissocieert volledig in water. De molaire massa van HCl is 36,461 gram per mol.
Bereken het aantal mol HCl: \text{mol HCl} = \frac{2,0 \text{ gram}}{36,461 \text{ gram/mol}} = 0,055 \text{ mol}
Bereken de H3O+ concentratie: Omdat HCl volledig dissocieert, is de H_3O^{+} concentratie gelijk aan de mol HCl gedeeld door het volume in liters: \text{Concentratie H}_{\text{3}}O^{+}=\frac{0,055 \text{ mol}}{0,240 \text{ liter}}=0,23\text{ mol/liter}
Bereken de pH: \text{pH} = -\log(0,23) \approx 0,64
Berekening van de pH van een zwak zuur
Voorbeeld: HCN in water
Evenwichtsvergelijking opstellen: \text{HCN}+\text{H}_{\text{2}}\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_{\text{3}}O^{+}+\text{CN}^{-}
Gebruik een BRE-schema (Begin, Reactie, Evenwicht) om de concentraties te bepalen. Begin met 1,0 mol/liter HCN en geen H_3O^{+} of CN-.
Evenwichtsberekening: \text{Kz}=\frac{[H_3O^{+}][\text{CN}^{-}]}{[\text{HCN}]}=6,1\times10^{-10} Vul de evenwichtsconcentraties in en los de vergelijking op voor x, waarbij x de concentratie H_3O^{+} is.
\frac{x\cdot x}{1{,}0-x}=6{,}1\cdot10^{-10}
x^2=6{,}1\cdot10^{-10}\left(1{,}0-x\right)
0=-x^2-6{,}1\cdot10^{-10}x+6{,}1\cdot10^{-10}
Verder uitgewerkt met de abc-formule geeft:
x_{}=2{,}4698\cdot10^{-5}
Dus \left\lbrack H_3O^{+}\right\rbrack=2{,}4698\cdot10^{-5}mol/l
Bereken de pH: \text{pH} = -\log(x)
pH = 4,61
Belang van significante cijfers
Het aantal significante cijfers in de H_3O^{+} concentratie moet gelijk zijn aan het aantal decimalen in de pH. Bijvoorbeeld, als de H_3O^{+} concentratie 0,1 mol/liter is (1 significant cijfer), dan is de pH 1,0 (1 decimaal). Dit zorgt voor consistentie en nauwkeurigheid in chemische berekeningen.
