Расчет pH

Пересчет между pH, pOH и концентрациями ионов водорода и гидроксида, а также расчет pH сильной или слабой кислоты либо основания по концентрации и Ka.


Концентрации в моль/л. Экспоненциальная запись работает, поэтому 1.75e-5 и 0.0000175 означают одно и то же. Ka и Kb нужны только для двух вариантов со слабым веществом; переключите последнее поле на pK, чтобы ввести 4,76.
pH
2.88
Кислая среда
pOH
11.12
[H+] mol/L
1.31 × 10−3
[OH−] mol/L
7.61 × 10−12
02468101214

Слабая кислота. Уравнение x² + Kax − KaC = 0 решено полностью, без допущения о малости x, поэтому ответ верен и при высокой степени диссоциации.

При такой концентрации кислота или основание диссоциирует на 1.31%.

Что показывает pH

pH это десятичный логарифм концентрации ионов водорода со знаком минус, то есть pH = −log10[H+]. Поскольку это логарифм, каждая целая ступень означает разницу в десять раз: pH 3 в десять раз кислее pH 4 и в сто раз кислее pH 5. В чистой воде при 25 °C и [H+], и [OH−] равны 1,0 × 10−7 моль/л, отсюда и привычное нейтральное значение 7. Эта семерка не универсальная постоянная, а следствие ионного произведения воды Kw при комнатной температуре, и она смещается вместе с температурой.

pH, pOH и две концентрации

Эти четыре величины суть одно число в четырех обличьях. Задайте любую из них, и остальные три следуют из pH + pOH = 14 и [H+][OH−] = Kw = 1,0 × 10−14. Первые четыре пункта меню делают именно это. pH 3,4 дает pOH 10,6, концентрацию ионов водорода 4,0 × 10−4 моль/л и концентрацию гидроксид-ионов 2,5 × 10−11 моль/л, и расчет идет одинаково, с какого конца ни начни.

Сильные кислоты и основания

Сильная кислота диссоциирует полностью, поэтому раствор соляной кислоты 0,01 моль/л дает 0,01 моль/л ионов водорода и pH, равный 2. Упрощение pH = −log10C исправно работает примерно до 10−6 моль/л, а дальше молча ломается: оно утверждает, что у HCl с концентрацией 10−8 моль/л pH равен 8, а значит кислота стала щелочной. Этот инструмент решает полный баланс, включая ионы водорода, которые дает сама вода, и получает pH 6,98, то есть чуть кислую среду, как и должно быть.

Слабые кислоты и основания

Слабая кислота диссоциирует лишь частично, и насколько далеко зайдет процесс, определяет константа диссоциации Ka. Из равновесия получается x² + Kax − KaC = 0, где x это концентрация ионов водорода. Учебники обычно отбрасывают средний член и берут x = √(KaC), что достаточно близко, пока степень диссоциации не превышает примерно 5 процентов, и заметно расходится, когда превышает. Этот инструмент решает квадратное уравнение целиком и дополнительно показывает степень диссоциации, чтобы вы сами оценили, годилось ли приближение. Вводите Ka числом, например 1,75 × 10−5, или переключите последнее поле на pK и наберите 4,76.

Полезно знать

  • pH это логарифм, поэтому разница в единицу означает десятикратную разницу в кислотности, а не мелкий шаг.
  • Нейтральная точка равна 7 только при 25 градусах Цельсия; в воде при 100 градусах она опускается примерно до 6,14.
  • Значения pH ниже 0 и выше 14 вполне реальны, для них просто нужны очень концентрированные растворы.
  • Сильная означает полностью диссоциированная, а не опасная. Плавиковая кислота слабая и при этом крайне едкая.
  • Ничего не сохраняется. Расчет выполняется на нашем сервере, а результат отбрасывается после отправки.

Часто задаваемые вопросы

Взять десятичный логарифм концентрации ионов водорода в моль/л со знаком минус, то есть pH = −log10[H+]. Если известна концентрация вещества, а не ионов, выберите один из пунктов раздела про раствор, и инструмент сначала найдет [H+], учитывая диссоциацию.

Выше примерно 10−6 моль/л просто pH = −log10C, поскольку сильная кислота диссоциирует нацело. Ниже этого вода дает столько собственных ионов водорода, что их приходится учитывать, поэтому инструмент применяет точную формулу [H+] = (C + √(C² + 4Kw)) / 2.

Возвести десять в степень минус pH: [H+] = 10−pH. pH 4,5 это 3,2 × 10−5 моль/л. Выберите pH в меню, и все четыре величины вернутся вместе.

pOH это та же идея, примененная к гидроксид-иону: pOH = −log10[OH−]. При 25 градусах Цельсия их сумма всегда равна 14, потому что произведение двух концентраций закреплено значением Kw = 1,0 × 10−14. Значит, pH 9,2 это pOH 4,8.

Сильная кислота отдает практически все свои протоны, поэтому концентрация ионов водорода равна ее собственной концентрации. Слабая кислота вместо этого приходит к равновесию, и диссоциирует лишь часть. Эту долю задает Ka, поэтому слабой кислоте нужно на одно число больше, прежде чем можно будет найти pH.

Да. Диапазон от 0 до 14 это условность для разбавленных растворов, а не предел. У концентрированной соляной кислоты 12 моль/л pH около −1,1, а концентрированный гидроксид натрия выходит за 15. Инструмент принимает значения за пределами обычного диапазона и просто прижимает их к краю шкалы.

Потому что x = √(KaC) отбрасывает один член. Она исходит из того, что продиссоциировавшая доля мала по сравнению с исходной концентрацией, и это хорошее допущение, пока степень диссоциации ниже примерно 5 процентов. Этот инструмент решает уравнение целиком, поэтому для разбавленного раствора довольно сильной слабой кислоты он покажет чуть меньшее значение. Степень диссоциации выводится рядом, чтобы вы могли судить, было ли приближение безопасным.

Только при 25 градусах Цельсия. Нейтральность означает равенство [H+] и [OH−], а эта точка лежит на половине pKw. Поскольку Kw растет с температурой, нейтральная вода при 100 градусах имеет pH около 6,14 и остается нейтральной. Инструмент везде использует значение для 25 градусов, как это принято в задачах.

Как рассчитать pH?

pH равен −log10[H+], и pH + pOH = 14. Этот калькулятор пересчитывает pH, pOH, [H+] и [OH−] и находит pH сильной или слабой кислоты либо основания по концентрации, решая уравнение слабой кислоты целиком и показывая степень диссоциации.