அலகு 8.4 – 8.6: அயனிச் சமநிலை
Interactive Professional Content & Q&A Study Dashboard
8.4 pH அளவீடு
குறைந்த செறிவுடைய கரைசல்களின் அமிலம் மற்றும் கார வலிமைகளைக் குறிப்பிடுவதற்காகப் புகுத்தப்பட்ட ஒரு மடக்கை அளவீட்டு முறையாகும்.
வினா 1: pH அளவீட்டு முறையை முதன்முதலில் புகுத்தியவர் யார்? ‘pH’ என்ற சொல்லின் பொருள் யாது?
pH அளவீட்டு முறையை அறிமுகப்படுத்தியவர் சோரன்சன் ஆவார். ‘pH’ எனும் சொல்லானது ‘Puissance de hydrogene’ என்ற பிரஞ்சு மொழிச் சொல்லிலிருந்து வருவிக்கப்பட்டதாகும், இதன் பொருள் “ஹைட்ரஜனின் வலிமை” (The power of hydrogen) என்பதாகும்.
வினா 2: pH மதிப்பை வரையறுத்து, அதன் கணிதச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
ஒரு கரைசலின் pH என்பது அக்கரைசலில் உள்ள ஹைட்ரோனியம் அயனிகளின் (H3O+) மோலார் செறிவின், 10ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட எதிர்குறி மடக்கை மதிப்பு என வரையறுக்கப்படுகிறது.
pH = -log10[H3O+]
வினா 3: pOH என்றால் என்ன? அதன் சமன்பாட்டைத் தருக.
ஒரு கரைசலின் pOH என்பது அக்கரைசலில் உள்ள ஹைட்ராக்ஸில் அயனிகளின் (OH–) மோலார் செறிவின், 10ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட எதிர்குறி மடக்கை மதிப்பு ஆகும்.
pOH = -log10[OH–]
வினா 4: 25°C வெப்பநிலையில் ஒரு நடுநிலைக் கரைசலின் pH மதிப்பு யாது? அது எவ்வாறு கணக்கிடப்படுகிறது?
25°C வெப்பநிலையில் தூய அல்லது நடுநிலைக் கரைசல்களில் [H3O+] செறிவு 1 × 10-7M ஆகும். இதனைச் சமன்பாட்டில் பிரதியிடும்போது:
pH = -log10(10-7) = -(-7) log1010 = 7. எனவே நடுநிலைக் கரைசலின் pH மதிப்பு 7 ஆகும்.
pH = -log10(10-7) = -(-7) log1010 = 7. எனவே நடுநிலைக் கரைசலின் pH மதிப்பு 7 ஆகும்.
வினா 5: கரைசல்களின் pH மதிப்புகளைப் பொறுத்து அவற்றின் தன்மைகளை எவ்வாறு வகைப்படுத்தலாம்?
1. அமிலக் கரைசல்: [H3O+] > 10-7M என்பதால் இதன் pH மதிப்பு 7 ஐ விடக் குறைவாக இருக்கும்.
2. நடுநிலைக் கரைசல்: [H3O+] = 10-7M என்பதால் இதன் pH மதிப்பு 7 க்குச் சமமாக இருக்கும்.
3. காரக் கரைசல்: [H3O+] < 10-7M என்பதால் இதன் pH மதிப்பு 7 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்.
2. நடுநிலைக் கரைசல்: [H3O+] = 10-7M என்பதால் இதன் pH மதிப்பு 7 க்குச் சமமாக இருக்கும்.
3. காரக் கரைசல்: [H3O+] < 10-7M என்பதால் இதன் pH மதிப்பு 7 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும்.
வினா 6: 25°C வெப்பநிலையில் pH மற்றும் pOH ஆகியவற்றிற்கிடையேயான தொடர்பை வருவிக்குக.
pH மற்றும் pOH சமன்பாடுகளைக் கூட்ட:
pH + pOH = -(log10[H3O+] + log10[OH–]) = -log10([H3O+][OH–])
நாமறிந்தபடி [H3O+][OH–] = Kw. எனவே, pH + pOH = -log10Kw = pKw.
25°C இல் Kw = 1 × 10-14 என்பதால் pKw = 14 ஆகும்.
எனவே, 25°C இல்: pH + pOH = 14
pH + pOH = -(log10[H3O+] + log10[OH–]) = -log10([H3O+][OH–])
நாமறிந்தபடி [H3O+][OH–] = Kw. எனவே, pH + pOH = -log10Kw = pKw.
25°C இல் Kw = 1 × 10-14 என்பதால் pKw = 14 ஆகும்.
எனவே, 25°C இல்: pH + pOH = 14
வினா 7: எடுத்துக்காட்டு 8.2: 0.001M HCl கரைசலின் pH மதிப்பை கணக்கிடுக.
HCl ஒரு வலிமைமிகு அமிலம் என்பதால் அது முழுமையாகப் பிரிகையடைகிறது, [H3O+] = 0.001 M = 10-3 M.
pH = -log10[H3O+] = -log10(10-3) = 3. விடை: pH = 3
pH = -log10[H3O+] = -log10(10-3) = 3. விடை: pH = 3
வினா 8: எடுத்துக்காட்டு 8.3: 10-7 M HCl கரைசலின் pH மதிப்பைக் கணக்கிடும்போது நீரின் சுய அயனியாக்கத்தைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும் ஏன்? விடை தருக.
அமிலத்தின் செறிவு 10-6 M ஐ விடக் குறைவாக இருக்கும்போது நீரின் சுய அயனியாக்கத்திலிருந்து உருவாகும் [H3O+] (10-7 M) செறிவை ஒதுக்க இயலாது.
மொத்த [H3O+] = 10-7 (நீரிலிருந்து) + 10-7 (அமிலத்திலிருந்து) = 2 × 10-7 M.
pH = -log10(2 × 10-7) = 7 – log102 = 7 – 0.3010 = 6.6990 ≈ 6.70.
மொத்த [H3O+] = 10-7 (நீரிலிருந்து) + 10-7 (அமிலத்திலிருந்து) = 2 × 10-7 M.
pH = -log10(2 × 10-7) = 7 – log102 = 7 – 0.3010 = 6.6990 ≈ 6.70.
8.5 வலிமை குறைந்த அமிலங்களின் அயனியாதல்
வலிமை குறைந்த அமிலங்கள் கரைசல்களில் பகுதியளவே பிரிகையடைந்து சமநிலையைத் தோற்றுவிக்கின்றன.
வினா 9: ஒரு வலிமை குறைந்த ஒற்றைக்கார அமிலத்தின் பிரிகை மாறிலிக்கான (Ka) சமன்பாட்டை எழுதுக.
HA + H2O ⇌ H3O+ + A– என்ற சமநிலையில், நீரின் செறிவை மாறிலியாகக் கொண்டு அமிலப் பிரிகை மாறிலி (Ka) பின்வருமாறு எழுதப்படுகிறது:
Ka = [H+][A–] / [HA]
வினா 10: ஆஸ்வால்ட் நீர்த்தல் விதி எதனைத் தொடர்புபடுத்துகிறது? பிரிகை வீதம் (α) என்றால் என்ன?
ஆஸ்வால்ட் நீர்த்தல் விதியானது, ஒரு வலிமை குறைந்த அமிலத்தின் பிரிகை மாறிலியை (Ka), அதன் பிரிகை வீதம் (α) மற்றும் செறிவுடன் (C) தொடர்புபடுத்துகிறது. ஒரு மின்பகுளியின் மொத்த மோல் எண்ணிக்கையில், சமநிலையில் பிரிகையடைந்த மோல்களின் பின்னம் ‘பிரிகை வீதம்’ (α) எனப்படும்.
வினா 11: அசிட்டிக் அமிலத்தை சான்றாகக் கொண்டு ஆஸ்வால்ட் நீர்த்தல் விதியின் கணிதச் சமன்பாட்டை வருவிக்குக.
CH3COOH ⇌ H+ + CH3COO–
ஆரம்பச் செறிவு C என்க. சமநிலையில் [H+] = αC, [CH3COO–] = αC, [CH3COOH] = (1-α)C ஆகும்.
இவற்றை Ka சமன்பாட்டில் பிரதியிட:
Ka = (αC × αC) / (1-α)C = α2C / (1-α).
வலிமை குறைந்த அமிலங்களுக்கு α மதிப்பு மிகச் சிறியது என்பதால் (1-α) ≈ 1 எனக் கொள்ளலாம்.
ஃ Ka = α2C மற்றும் α = √(Ka/C)
ஆரம்பச் செறிவு C என்க. சமநிலையில் [H+] = αC, [CH3COO–] = αC, [CH3COOH] = (1-α)C ஆகும்.
இவற்றை Ka சமன்பாட்டில் பிரதியிட:
Ka = (αC × αC) / (1-α)C = α2C / (1-α).
வலிமை குறைந்த அமிலங்களுக்கு α மதிப்பு மிகச் சிறியது என்பதால் (1-α) ≈ 1 எனக் கொள்ளலாம்.
ஃ Ka = α2C மற்றும் α = √(Ka/C)
வினா 12: ஆஸ்வால்ட் நீர்த்தல் விதியின் முக்கியக் கூற்று யாது?
“நீர்த்தல் அதிகரிக்கும்போது, ஒரு வலிமை குறைந்த மின்பகுளியின் பிரிகை வீதமும் (α) அதிகரிக்கிறது” என்பதே ஆஸ்வால்ட் நீர்த்தல் விதியின் கூற்றாகும்.
வினா 13: ஆஸ்வால்ட் விதியின்படி வலிமை குறைந்த அமில மற்றும் காரங்களின் [H+] மற்றும் [OH–] செறிவுகளைக் கண்டறியும் சமன்பாடுகளைத் தருக.
1. வலிமை குறைந்த அமிலத்திற்கு: [H+] = √(KaC)
2. வலிமை குறைந்த காரத்திற்கு: [OH–] = √(KbC)
2. வலிமை குறைந்த காரத்திற்கு: [OH–] = √(KbC)
வினா 14: எடுத்துக்காட்டு 8.5: 0.1M CH3COOH கரைசலின் pH மதிப்பை கணக்கிடுக (Ka = 1.8 × 10-5).
வலிமை குறைந்த அமிலத்திற்கு [H+] = √(Ka × C) = √(1.8 × 10-5 × 0.1) = 1.34 × 10-3 M.
pH = -log[H+] = -log(1.34 × 10-3) = 3 – log 1.34 = 3 – 0.1271 = 2.8729 ≈ 2.87.
pH = -log[H+] = -log(1.34 × 10-3) = 3 – log 1.34 = 3 – 0.1271 = 2.8729 ≈ 2.87.
8.6 பொது அயனி விளைவு
ஒரு பொதுவான அயனியைக் கொண்டுள்ள உப்பைச் சேர்க்கும்போது மின்பகுளியின் சமநிலை இடப்பெயர்ச்சியடைதலைப் பற்றியதாகும்.
வினா 15: பொது அயனி விளைவு என்றால் என்ன? ஒரு சான்றுடன் விளக்குக.
ஒரு வலிமை குறைந்த மின்பகுளியுடன், ஒரு பொது அயனியைக் கொண்டுள்ள வலுவான மின்பகுளியைச் சேர்க்கும்போது அந்த வலிமை குறைந்த மின்பகுளியின் பிரிகையடைதல் மேலும் குறையும் நிகழ்வு பொது அயனி விளைவு எனப்படும்.
எடுத்துக்காட்டு: அசிட்டிக் அமிலக் கரைசலுடன் (CH3COOH), சோடியம் அசிட்டேட் (CH3COONa) உப்பைச் சேர்க்கும்போது, பொது அயனியான CH3COO– இன் செறிவு அதிகரிப்பதால், அசிட்டிக் அமிலத்தின் பிரிகை வீதம் மேலும் குறைக்கப்படுகிறது.
எடுத்துக்காட்டு: அசிட்டிக் அமிலக் கரைசலுடன் (CH3COOH), சோடியம் அசிட்டேட் (CH3COONa) உப்பைச் சேர்க்கும்போது, பொது அயனியான CH3COO– இன் செறிவு அதிகரிப்பதால், அசிட்டிக் அமிலத்தின் பிரிகை வீதம் மேலும் குறைக்கப்படுகிறது.
வினா 16: பொது அயனி விளைவு லீ சாட்லியர் கொள்கையின்படி எவ்வாறு நிகழ்கிறது?
CH3COONa முழுமையாகப் பிரிகையடைந்து அதிகப்படியான CH3COO– அயனிகளை உருவாக்குகிறது. லீ சாட்லியர் கொள்கைப்படி, இந்த செறிவின் பாதிப்பைச் சரிசெய்ய, அதிகப்படியாக உள்ள CH3COO– அயனிகள் H+ அயனிகளுடன் இணைந்து பிரிகையடையாத CH3COOH ஆக மாறுகின்றன. இதனால் சமநிலை இடதுபுறமாக நகர்ந்து பிரிகையாதல் அடக்கப்படுகிறது.