پی اچ 3 (سطح پیشرفته)

بچه‌ها قبلاً در شبیه ساز پی اچ ۱، یاد گرفتید که اسید به ماده‌ای گفته می‌شه که می‌تونه یون هیدرونیوم تولید کنه و باز به ماده‌ای گفته می‌شه که می‌تونه یون هیدروکسید تولید کنه. در شبیه ساز پی اچ ۲، وجود یون‌های هیدرونیوم و هیدروکسید رو، در محلول‌های اسیدی، بازی یا خنثی بررسی کردیم. در این شبیه ساز قراره ارتباط غلظت یا مقدار یونهای هیدرونیوم و هیدروکسید رو با پی اچ محلولهای اسیدی، باز یا خنثی بررسی کنیم.

خب خودتون می دونید که یونها ذرات بسیار ریزی هستن برای همین درک مقدار یا غلظتشون در محلول ها خیلی کار راحتی نیستش. مثلا در یک محلول خنثی مثل آب مقطر، غلظت یونهای هیدرونیوم و هیدروکسید برابر با ^7-10 مول بر لیتر هستش. خب این یعنی چی؟

یعنی در یک لیتر آب مقطر، تعداد 0.0000001 مول یون هیدرونیوم و تعداد 0.0000001 مول یون هیدروکسید وجود داره.

خب درکش واقعا سخته حق دارید!!

برای اینکه این مشکل حل بشه میتونیم از یک سری روابط و فرمولهای ریاضی کمک بگیریم. یعنی به جای اینکه غلظت یونهای هیدرونیوم و هیدروکسید محلولها رو با اعداد توان دار نشون بدیم میتونیم از پی اچ محلولها استفاده کنیم و به جای اعداد توان دار، عددی بین 0 تا 14 گزارش کنیم. مثلا در همین آب مقطر، پی اچ دقیقا برابر با عدد 7 هستش.

حالا سوال اینجاست که غلظت یون هیدرونیوم یک محلول و پی اچ اون محلول چه ارتباطی با هم دارن؟

خب می دونیم هر چه قدر یک محلولی اسیدی تر باشه یعنی غلظت یونهای هیدرونیوم در اون محلول بیشتره و هر چه قدر یک محلولی بازی تر باشه یعنی غلظت یونهای هیدرونیوم در اون محلول کمتره. از طرفی یک رابطه ریاضی داریم که میگه اگر از غلظت یونهای هیدرونیوم یک محلول، منفی لگاریتم بگیریم، پی اچ محلول به دست میاد؛ یعنی:

pH= - log [H⁺]

با توجه به این فرمول، اون منفی پشت لگاریتم باعث میشه که بین غلظت یون هیدرونیوم و پی اچ محلول، رابطه عکس وجود داشته باشه یعنی هر چه قدر غلظت یون هیدرونیوم بیشتر باشه، پی اچ محلول کمتر میشه و برعکس.

یادآوری:

پی اچ، یک مقیاسه که به طور قراردادی از عدد 0 تا 14 تعیین شده.

1. اگر پی اچ بین 0 تا 7 باشه: یعنی محلول یا ماده‌ای که داریم بررسی اش می‌کنیم، خاصیت اسیدی داره. هر چی به 0 نزدیک‌تر باشیم یعنی اسید قوی‌تر.
2. اگر پی اچ بین 7 تا 14 باشه: یعنی محلول یا ماده‌ای که داریم بررسی اش می‌کنیم، خاصیت بازی داره. هر چی به 14 نزدیک‌تر باشیم یعنی باز قوی‌تر.
3. اگر پی اچ دقیقاً خود 7 باشه: یعنی محلول یا ماده خنثی هستش.

حالا بازم سوال اینجاست که غلظت یون هیدرونیوم یک محلول و غلظت یون هیدروکسید محلول چه ارتباطی با هم دارن؟

یه رابطه ریاضی داریم که میگه همواره حاصل ضرب غلظت یون هیدرونیوم و هیدروکسید محلول باید عدد ^14-10 بشه یعنی:

[H⁺] [OH^-] = 10^-14

یعنی هر چه قدر یون هیدرونیوم در محلولی بیشتر باشه، یون هیدروکسید کمتره و برعکس (چون باید حاصل ضربشون مقدار ثابت ^14-10 بمونه).

نحوه کار با شبیه ساز

برای شروع کلیک کنید.

مانند شبیه ساز پی اچ 2، در صفحه یک بشر بزرگ یک لیتری مشاهده می کنین که به طور پیش فرض نیم لیتر اون پر از آبه. یک پی اچ سنج دیجیتالی داخل بشر هست که می تونه پی اچ محتویات (محلول یا مایع) داخل بشر را نشون بده. حتی می‌تونید که با فلش‌های مشکی کنار پی اچ سنج، پی اچ را تغییر بدید.

در سمت چپ شبیه ساز، یک نوار شمارنده ذرات قرار داده شده. از قسمت بالای نوار شمارنده می تونید یکی از گزینه های مول یا غلظت را انتخاب کنید.

توجه: اگه یادتون رفته که مول چیه، به شبیه ساز جرم اتمی که قبلا منتشر شده مراجعه کنید!!

اگه بخوام به صورت کلی یه توضیحی بدم:

1. با انتخاب گزینه مول، نوار شمارنده ذرات به شما نشون میده که در هر محلول، چند یون هیدرونیوم و چند یون هیدروکسید و چند مولکول آب وجود داره.
2. با انتخاب گزینه غلظت، نوار شمارنده ذرات به شما نشون میده که در هر محلول، غلظت ذرات (یونهای هیدرونیوم و یونهای هیدروکسید و مولکولهای آب) چقدره. توجه کنید که غلظت یعنی تعداد یک چیزی در واحد حجم.

خب قبل از اینکه، تنظیمات پی اچ سنج رو عوض کنید و عدد پی اچ رو تغییر بدید، بیایید همین آب خالی رو با هم بررسی کنیم.

سمت راست شبیه ساز، یک بشر بزرگ یک لیتریه که به طور پیش فرض نیم لیتر اون پر از آبه. پی اچ سنج دیجیتالی داره عدد 7 رو نشون میده که یعنی آب خنثی هستش. از پایین بشر اگر تیک تعداد ذرات رو فعال کنید، سه تا کادر براتون نشون داده میشه که به ترتیب از بالا به پایین:

1. اولی تعداد یونهای هیدرونیوم داخل نیم لیتر آبه.
2. دومی تعداد یونهای هیدروکسید داخل نیم لیتر آبه.
3. سومی تعداد مولکولهای داخل نیم لیتر آبه.

از پایین بشر اگر تیک نسبت ^-H₃O⁺/ OH رو فعال کنید. یک سری نقاط آبی و قرمز روی آب نشون داده میشه که نقاط قرمز یعنی یونهای هیدرونیوم و نقاط آبی یعنی یونهای هیدروکسید که می‌تونید مقایسه کنید نسبتشون رو که کدوم بیشتره یا کمتر که اینجا وقتی میگیم پی اچ هفت هستش یعنی خنثی یعنی نسبت برابر.

سوال: با کم و زیاد کردن عدد پی اچ سنج، تعداد ذرات چه تغییری میکنه؟

خب حالا به نوار شمارنده ذرات سمت چپ شبیه ساز نگاه کنید. مثلا از بالای نوار شمارنده، گزینه غلظت رو فعال کنید. می‌بینین که در این حالت، تعداد مولکولهای آب از 100 تا چیزی حول 55 تاست و تعداد یونهای هیدرونیوم و هیدروکسید خیلی کمه نزدیکه صفره (ولی صفر نیست).

اگر پی اچ سنج دجیتال، پی اچ 7 رو نشون بده، طبق رابطه pH= - log [H⁺] پس غلظت یونهای هیدرونیوم در این حالت برابر با ^7-10 مول بر لیتر میشه که دقیقا نوار شمارنده هم همین رو داره نشون میده.

اگر پی اچ سنج دجیتال، پی اچ 7 رو نشون بده، طبق رابطه ^14-10=[^-OH] [⁺H] پس غلظت یونهای هیدروکسید در این حالت برابر با ^7-10 مول بر لیتر میشه که دقیقا نوار شمارنده هم همین رو داره نشون میده.

دیگه بسه من خیلی توضیح دادم حالا نوبت شماست!

چند تا سوال بپرسم:

1- با کاهش عدد پی اچ سنج دیجیتال (کمتر از 7)، غلظت یونهای هیدرونیوم محلول چه تغییری می کند؟ محلول اسیدی می شود یا بازی؟

2- با افزایش عدد پی اچ سنج دیجیتال (بیشتر از 7)، غلظت یونهای هیدرونیوم محلول چه تغییری می کند؟ محلول اسیدی می شود یا بازی؟

3- اگر در محلولی، غلظت یونهای هیدرونیوم برابر با $5\times 10^{-5}$ مول بر لیتر باشد، پی اچ محلول را محاسبه کنید.

4- اگر در محلولی، غلظت یونهای هیدروکسید برابر با 0.05 مول بر لیتر باشد، پی اچ محلول را محاسبه کنید.

سوال ویژه:

5- پس از یادگیری شبیه سازهای پی اچ 1، 2 و 3 قسمت آ، پ و ت از سوال 11 امتحان نهایی شیمی خرداد 1402 را حل کنید.