การแตกตัวของน้ำ

1. 1

3. การแตกตัวเป็นไอออนของน้ำ ที่มา :http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animationsindex.htm แอนิเมชันการแตกตัวของน้ำ 3

4. H 2 O (l) + H 2 O (l) ⇌ H 3 O + (aq) + OH - (aq) K = การแตกตัวเป็นไอออนด้วยตัวเองของน้ำ 4 + + ⇌ [H 3 O + ] [OH - ] [H 2 O] 2

5. K [H 2 O] 2 = K (55.5) 2 = = [H 3 O + ] [OH - ] K w ความเข้มข้น ของน้ำ [H 2 O] เป็นค่าคงที่ มีค่าประมาณ 55.5 mol / dm 3 ดังนั้นผลคูณคงที่สมดุลกับความเข้มข้นของน้ำจึงมีค่าคงที่อีกค่าหนึ่ง เรียกว่า ค่าคงที่ผลคูณไอออนของน้ำ ( ion-product constant of water) หรือ ค่าคงที่การแตกตัวของน้ำ ( K w ) ตารางแสดงค่าคงที่การแตกตัวของน้ำที่อุณหภูมิต่างๆ 5 อุณหภูมิ (  C ) ค่า K w 0 20 25 50 60 1.2 x 10 -15 6.9 x 10 -15 1.0 x 10 -14 5.5 x 10 -14 9.5 x 10 -14

6. ที่อุณหภูมิ 25  C จำนวนโมลของ H 3 O + กับ OH - จากการ แตกตัวของน้ำ มีจำนวนโมลเท่ากัน ดังนั้น [H 3 O + ] = [OH - ] K w = 1.0 x 10 -14 = [H 3 O + ] 2 = [OH - ] 2 [ H 3 O + ] = [ OH - ] = 1.0 x 10 -7 mol / dm 3 จะเห็นว่าน้ำบริสุทธิ์แตกตัวเป็นไอออนได้น้อยมากที่อุณหภูมิ 25  C K w = [H 3 O + ] [OH - ] 6 [H 3 O + ] = [OH - ] =  K w =  1.0 x 10 -14

7. (Acidic , Basic , and Neutral Solution) น้ำบริสุทธิ์มีสมบัติเป็นกลางเนื่องจาก ที่อุณหภูมิ 25  C [ H 3 O + ] = [ OH - ] = 1.0 x 10 -7 M ถ้าเติมสารที่เป็นกรดหรือเบสลงไปในน้ำ สมดุลของน้ำจะถูกรบกวน ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนและความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนก็จะเปลี่ยนไป ความเป็นกรด – เบส ของสารละลายในน้ำ 7

8. 2 H 2 O (l) ⇌ H 3 O + (aq) + OH - (aq) 1.0 x 10 -7 M การเปลี่ยนความเข้มข้น ของ H 3 O + , OH - 8 H 3 O + OH -

9. เปรียบเทียบความเข้มข้นของ H 3 O + และ OH - เพื่อใช้บอกความเป็นกรด - เบส ของสารละลาย 1.0 x 10 0 1.0 x 10 -14 1.0 x 10 -7 กลาง กรด เบส [ H 3 O + ] [ OH - ] 1.0 x 10 -14 1.0 x 10 0 เบส กรด [ H 3 O + ] [ OH - ] 9 1.0 x 10 -7

10. สารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย จะมีทั้ง H 3 O + และ OH - อยู่ด้วย ถ้าทราบความเข้มข้นของไอออนหนึ่ง ในสารละลาย ก็จะสามารถคำนวณหา ความเข้มข้น ไอออนอีกชนิดหนึ่งได้ เนื่องจากผลคูณความเข้มข้นของไอออนทั้งสองมีค่าคงที่ K w = [H 3 O + ] [OH - ] = 1.0 x 10 -14 สมการนี้มีประโยชน์ในการคำนวณหา [H 3 O + ] หรือ [OH - ] ในสารละลายที่มี น้ำเป็นตัวทำละลาย 10 [H 3 O + ] [OH - ] = 1.0 x 10 -14 [OH - ] [H 3 O + ] = 1.0 x 10 -14

11. เมื่อนำโซเดียมไฮดรอกไซด์ 4 g ละลายน้ำจนมีปริมาตร 500 cm 3 จงหาความเข้มข้นของ H 3 O + และ OH - ในสารละลาย [ NaOH ] = = 0.2 mol / dm 3 NaOH(aq)  Na + (aq) + OH - (aq) 0.2 mol / dm 3 0.2 mol / dm 3 0.2 mol / dm 3 11 (4 g NaOH) (500 cm 3 ) (1mol NaOH) (40 g NaOH ) (1000 cm 3 ) (1 dm 3 ) [ OH - ] = 0.2 mol / dm 3

12. [H 3 O + ] [OH - ] = 1.0 x 10 -14 K w = [H 3 O + ] [OH - ] บฝ . 8.5 บฝ . 8.6 12 [H 3 O + ] = [OH - ] 1.0 x 10 -14 = 0.2 1.0 x 10 -14 [H 3 O + ] = 5.0 x 10 -14 mol / dm 3 [ OH - ] = 2.0 x 10 -1 mol / dm 3

13. การบอกความเป็นกรดหรือเบสของสารละลายที่ง่ายและสะดวกกว่าการบอกเป็นความเข้มข้นของ [H 3 O + ] หรือ [OH - ] ไอออน คือบอกด้วยค่า pH ( potential of Hydrogen ion ) pH = - log [H 3 O + ] ค่า pH เป็นวิธีแสดงค่าความเข้มข้นของ [ H 3 O + ] ในสารละลาย 13

14. สารละลายที่เป็นกลางมี [H 3 O + ] = 1.0 x 10 -7 M pH = - log [H 3 O + ] = - log [1.0 x 10 -7 ] = - log 1 + 7 log10 = - 0 + 7 (1) สารละลายที่เป็นกลางมี pH เท่าไร ที่อุณหภูมิ 25 ∧ C ? = 7 14 ดังนั้น สารละลายที่เป็นกลางจึงมี pH = 7 ที่อุณหภูมิ 25 ∧ C

15. สารละลายที่มี [OH - ] = 1.0 x 10 -5 M จะมี pH = ? [H 3 O + ] [OH - ] = 1.0 x 10 -14 pH = - log (1.0 x 10 -9 ) = 1.0 x 10 -9 pH = 9 15 [H 3 O + ] = [OH - ] 1.0 x 10 -14 [H 3 O + ] = 1.0 x 10 -5 1.0 x 10 -14

16. ถ้า -log [H 3 O + ] = pH -log [OH - ] = ? = pOH K w = [H 3 O + ] [OH - ] = 1.0 x 10 -14 pK w = pH + pOH = 14 -log K w = ? = pK w 16

17. สารละลายที่มี [OH - ] = 1.0 x 10 -5 M จะมี pH = ? pOH = -log [OH - ] pOH = -log [1.0 x 10 -5 ] pOH = -log 1.0 – (-5 log 10) pOH = -{log 1.0 +( log 10 -5 )} pOH = -{log 1.0 +( -5 log 10)} pOH = 5 pH + pOH = 14 pH = 14 - pOH pH = 14 - 5 = 9 17

18. 1.0 x 10 -7 1.0 x 10 0 1.0 x 10 -14 [H 3 O + ] กรด เบส กลาง pH pOH ความสัมพันธ์ระหว่างค่า pH, [H 3 O + ], [OH - ] ของสารละลาย 7 14 0 เบส กรด 18 [OH - ] 1.0 x 10 0 1.0 x 10 -7 1.0 x 10 -14 14 0 1 7 13 12 11 10 9 8 6 5 4 3 2

19. สารละลายที่มีความเข้มข้นไฮโดรเนียมไอออน 2.0 x 10 -7 mol / dm 3 สารละลายนี้เป็นกรดหรือเบส และมี pH เท่าไร สารละลายมี [H 3 O + ] = 2.0 x 10 -7 mol / dm 3  1.0 x 10 -7 mol / dm 3 สารละลายนี้เป็นกรด pH = - log [H 3 O + ] = - log [2.0 x 10 -7 ] = - log 2 + 7 log10 = - 0.3010 + 7 pH = 6.7 19