Đang tải bài học…
Đang tải bài học…
AP Chemistry
pH
pH là đại lượng đo độ axit của dung dịch, bằng logarithm âm cơ số 10 của nồng độ ion hiđronium.
Trong hóa học dung dịch (solution), độ axit không được biểu diễn trực tiếp bằng nồng độ ion hiđronium, vì các giá trị này thường rất nhỏ và trải dài nhiều bậc độ lớn. Do đó, người ta dùng thang pH để nén toàn bộ khoảng nồng độ đó về một dãy số tiện dụng từ 0 đến 14. Đại lượng này được định nghĩa qua công thức:
trong đó là nồng độ mol (molarity) của ion hiđronium tính bằng mol/L. Vì mang dấu trừ nên công thức bảo đảm rằng dung dịch càng axit — tức nồng độ ion hiđronium càng cao — thì pH càng thấp.
Bởi vì thang pH là thang logarithm, mỗi bậc đơn vị tương ứng với sự thay đổi nồng độ ion hiđronium mười lần. Vì vậy, dung dịch có pH = 3 axit hơn dung dịch có pH = 5 đúng một trăm lần, chứ không phải hai lần. Ngoài ra, ở 25 °C, nước tinh khiết có mol/L, tương ứng với pH = 7, và giá trị này được gọi là điểm trung tính. Ngược lại, dung dịch có pH < 7 là axit, còn dung dịch có pH > 7 là bazơ.
Bên cạnh ý nghĩa lí thuyết, pH còn gắn bó chặt chẽ với thực hành phòng thí nghiệm. Cụ thể, nó liên hệ với hằng số phân li axit thông qua phương trình Henderson–Hasselbalch (henderson-Hasselbalch equation) (CHEM-U08-T09), đồng thời được đo trực tiếp bằng máy đo pH hoặc gián tiếp qua chất chỉ thị màu. Nhờ đó, pH trở thành công cụ trung tâm để dự đoán chiều của phản ứng (reaction) axit–bazơ, tính nồng độ cân bằng (equilibrium) và kiểm soát điều kiện của dung dịch đệm (buffer).
Trực giác: pH giống như thang âm lượng của loa: vặn thêm một nấc không phải to thêm một chút mà to gấp mười lần — ở đây, giảm một đơn vị pH nghĩa là dung dịch axit gấp mười lần.
Dùng khi đã biết nồng độ ion hydronium (hoặc ) và cần quy về thang pH; mỗi lần tăng 10 lần thì pH giảm đúng 1 đơn vị.
Trong đó
Dạng đảo ngược của định nghĩa, dùng khi đề cho pH và hỏi nồng độ ion hydronium; nhớ giữ đúng số chữ số có nghĩa vì chỉ phần thập phân của pH mới mang thông tin về chữ số có nghĩa.
Trong đó
1909Søren Peter Lauritz Sørensen
Đầu thế kỷ 20, việc đánh giá độ acid đang chuyển dần từ các phép thử đổi màu cũ sang phương pháp điện hóa, trong đó người ta đo dòng điện sinh ra trong một pin điện hóa (electrochemical cell) bằng điện kế rất nhạy. Sørensen làm việc tại Phòng thí nghiệm Carlsberg và nghiên cứu enzyme, nên ông cần một thang đo thống nhất cho nồng độ ion hydrogen vốn trải dài qua rất nhiều bậc độ lớn. Năm 1909 ông đề xuất lấy logarithm âm của nồng độ ion hydrogen, và đến năm 1924 định nghĩa được chỉnh lại để phù hợp với các phép đo bằng pin điện hóa. Đáng chú ý là pH ra đời từ hóa sinh chứ không phải hóa học phổ thông: suốt hai thập niên đầu, phần lớn công trình dùng pH thuộc về sinh lý học, vi khuẩn học, y học, khoa học đất và công nghiệp lên men.
%22%20opacity%3D%220.85%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C33.9%20L49.6%2C35.5%20L53.2%2C37.1%20L56.8%2C38.6%20L60.5%2C40.2%20L64.1%2C41.8%20L67.7%2C43.4%20L71.3%2C45.0%20L74.9%2C46.6%20L78.5%2C48.2%20L82.1%2C49.8%20L85.7%2C51.4%20L89.3%2C52.9%20L93.0%2C54.5%20L96.6%2C56.1%20L100.2%2C57.7%20L103.8%2C59.3%20L107.4%2C60.9%20L111.0%2C62.5%20L114.6%2C64.1%20L118.3%2C65.7%20L121.9%2C67.3%20L125.5%2C68.8%20L129.1%2C70.4%20L132.7%2C72.0%20L136.3%2C73.6%20L139.9%2C75.2%20L143.5%2C76.8%20L147.2%2C78.4%20L150.8%2C80.0%20L154.4%2C81.6%20L158.0%2C83.1%20L161.6%2C84.7%20L165.2%2C86.3%20L168.8%2C87.9%20L172.4%2C89.5%20L176.0%2C91.1%20L179.7%2C92.7%20L183.3%2C94.3%20L186.9%2C95.9%20L190.5%2C97.4%20L194.1%2C99.0%20L197.7%2C100.6%20L201.3%2C102.2%20L205.0%2C103.8%20L208.6%2C105.4%20L212.2%2C107.0%20L215.8%2C108.6%20L219.4%2C110.2%20L223.0%2C111.7%20L226.6%2C113.3%20L230.2%2C114.9%20L233.8%2C116.5%20L237.5%2C118.1%20L241.1%2C119.7%20L244.7%2C121.3%20L248.3%2C122.9%20L251.9%2C124.5%20L255.5%2C126.0%20L259.1%2C127.6%20L262.8%2C129.2%20L266.4%2C130.8%20L270.0%2C132.4%20L273.6%2C134.0%20L277.2%2C135.6%20L280.8%2C137.2%20L284.4%2C138.8%20L288.0%2C140.3%20L291.7%2C141.9%20L295.3%2C143.5%20L298.9%2C145.1%20L302.5%2C146.7%20L306.1%2C148.3%20L309.7%2C149.9%20L313.3%2C151.5%20L316.9%2C153.1%20L320.6%2C154.6%20L324.2%2C156.2%20L327.8%2C157.8%20L331.4%2C159.4%20L335.0%2C161.0%20L338.6%2C162.6%20L342.2%2C164.2%20L345.8%2C165.8%20L349.4%2C167.4%20L353.1%2C168.9%20L356.7%2C170.5%20L360.3%2C172.1%20L363.9%2C173.7%20L367.5%2C175.3%20L371.1%2C176.9%20L374.7%2C178.5%20L378.3%2C180.1%20L382.0%2C181.7%20L385.6%2C183.2%20L389.2%2C184.8%20L392.8%2C186.4%20L396.4%2C188.0%20L400.0%2C189.6%20L403.6%2C191.2%20L407.3%2C192.8%20L410.9%2C194.4%20L414.5%2C196.0%20L418.1%2C197.5%20L421.7%2C199.1%20L425.3%2C200.7%20L428.9%2C202.3%20L432.5%2C203.9%20L436.2%2C205.5%20L439.8%2C207.1%20L443.4%2C208.7%20L447.0%2C210.3%20L450.6%2C211.8%20L454.2%2C213.4%20L457.8%2C215.0%20L461.4%2C216.6%20L465.1%2C218.2%20L468.7%2C219.8%20L472.3%2C221.4%20L475.9%2C223.0%20L479.5%2C224.6%20L483.1%2C226.1%20L486.7%2C227.7%20L490.3%2C229.3%20L493.9%2C230.9%20L497.6%2C232.5%20L501.2%2C234.1%20L504.8%2C235.7%20L508.4%2C237.3%20L512.0%2C238.9%20L515.6%2C240.4%20L519.2%2C242.0%20L522.8%2C243.6%20L526.5%2C245.2%20L530.1%2C246.8%20L533.7%2C248.4%20L537.3%2C250.0%20L540.9%2C251.6%20L544.5%2C253.2%20L548.1%2C254.8%20L551.8%2C256.3%20L555.4%2C257.9%20L559.0%2C259.5%20L562.6%2C261.1%20L566.2%2C262.7%20L569.8%2C264.3%20L573.4%2C265.9%20L577.0%2C267.5%20L580.6%2C269.1%20L584.3%2C270.6%20L587.9%2C272.2%20L591.5%2C273.8%20L595.1%2C275.4%20L598.7%2C277.0%20L602.3%2C278.6%20L605.9%2C280.2%20L609.5%2C281.8%20L613.2%2C283.4%20L616.8%2C284.9%20L620.4%2C286.5%20L624.0%2C288.1%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--info%2C%232563eb)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cpath%20d%3D%22M46.0%2C288.1%20L49.6%2C286.5%20L53.2%2C284.9%20L56.8%2C283.4%20L60.5%2C281.8%20L64.1%2C280.2%20L67.7%2C278.6%20L71.3%2C277.0%20L74.9%2C275.4%20L78.5%2C273.8%20L82.1%2C272.2%20L85.7%2C270.6%20L89.3%2C269.1%20L93.0%2C267.5%20L96.6%2C265.9%20L100.2%2C264.3%20L103.8%2C262.7%20L107.4%2C261.1%20L111.0%2C259.5%20L114.6%2C257.9%20L118.3%2C256.3%20L121.9%2C254.8%20L125.5%2C253.2%20L129.1%2C251.6%20L132.7%2C250.0%20L136.3%2C248.4%20L139.9%2C246.8%20L143.5%2C245.2%20L147.2%2C243.6%20L150.8%2C242.0%20L154.4%2C240.4%20L158.0%2C238.9%20L161.6%2C237.3%20L165.2%2C235.7%20L168.8%2C234.1%20L172.4%2C232.5%20L176.0%2C230.9%20L179.7%2C229.3%20L183.3%2C227.7%20L186.9%2C226.1%20L190.5%2C224.6%20L194.1%2C223.0%20L197.7%2C221.4%20L201.3%2C219.8%20L205.0%2C218.2%20L208.6%2C216.6%20L212.2%2C215.0%20L215.8%2C213.4%20L219.4%2C211.8%20L223.0%2C210.3%20L226.6%2C208.7%20L230.2%2C207.1%20L233.8%2C205.5%20L237.5%2C203.9%20L241.1%2C202.3%20L244.7%2C200.7%20L248.3%2C199.1%20L251.9%2C197.5%20L255.5%2C196.0%20L259.1%2C194.4%20L262.8%2C192.8%20L266.4%2C191.2%20L270.0%2C189.6%20L273.6%2C188.0%20L277.2%2C186.4%20L280.8%2C184.8%20L284.4%2C183.2%20L288.0%2C181.7%20L291.7%2C180.1%20L295.3%2C178.5%20L298.9%2C176.9%20L302.5%2C175.3%20L306.1%2C173.7%20L309.7%2C172.1%20L313.3%2C170.5%20L316.9%2C168.9%20L320.6%2C167.4%20L324.2%2C165.8%20L327.8%2C164.2%20L331.4%2C162.6%20L335.0%2C161.0%20L338.6%2C159.4%20L342.2%2C157.8%20L345.8%2C156.2%20L349.4%2C154.6%20L353.1%2C153.1%20L356.7%2C151.5%20L360.3%2C149.9%20L363.9%2C148.3%20L367.5%2C146.7%20L371.1%2C145.1%20L374.7%2C143.5%20L378.3%2C141.9%20L382.0%2C140.3%20L385.6%2C138.8%20L389.2%2C137.2%20L392.8%2C135.6%20L396.4%2C134.0%20L400.0%2C132.4%20L403.6%2C130.8%20L407.3%2C129.2%20L410.9%2C127.6%20L414.5%2C126.0%20L418.1%2C124.5%20L421.7%2C122.9%20L425.3%2C121.3%20L428.9%2C119.7%20L432.5%2C118.1%20L436.2%2C116.5%20L439.8%2C114.9%20L443.4%2C113.3%20L447.0%2C111.7%20L450.6%2C110.2%20L454.2%2C108.6%20L457.8%2C107.0%20L461.4%2C105.4%20L465.1%2C103.8%20L468.7%2C102.2%20L472.3%2C100.6%20L475.9%2C99.0%20L479.5%2C97.4%20L483.1%2C95.9%20L486.7%2C94.3%20L490.3%2C92.7%20L493.9%2C91.1%20L497.6%2C89.5%20L501.2%2C87.9%20L504.8%2C86.3%20L508.4%2C84.7%20L512.0%2C83.1%20L515.6%2C81.6%20L519.2%2C80.0%20L522.8%2C78.4%20L526.5%2C76.8%20L530.1%2C75.2%20L533.7%2C73.6%20L537.3%2C72.0%20L540.9%2C70.4%20L544.5%2C68.8%20L548.1%2C67.3%20L551.8%2C65.7%20L555.4%2C64.1%20L559.0%2C62.5%20L562.6%2C60.9%20L566.2%2C59.3%20L569.8%2C57.7%20L573.4%2C56.1%20L577.0%2C54.5%20L580.6%2C52.9%20L584.3%2C51.4%20L587.9%2C49.8%20L591.5%2C48.2%20L595.1%2C46.6%20L598.7%2C45.0%20L602.3%2C43.4%20L605.9%2C41.8%20L609.5%2C40.2%20L613.2%2C38.6%20L616.8%2C37.1%20L620.4%2C35.5%20L624.0%2C33.9%22%20fill%3D%22none%22%20stroke%3D%22var(--warning%2C%23d97706)%22%20stroke-width%3D%222.4%22%2F%3E%3Cline%20x1%3D%2246%22%20x2%3D%22624%22%20y1%3D%22306%22%20y2%3D%22306%22%20stroke%3D%22var(--text-faint%2C%2394a3b8)%22%20stroke-width%3D%221.2%22%2F%3E%3Ctext%20x%3D%22320%22%20y%3D%22334%22%20text-anchor%3D%22middle%22%20font-size%3D%2212%22%20fill%3D%22var(--text-muted%2C%2364748b)%22%3Elog%5BH%E2%82%83O%E2%81%BA%5D%20%20(n%E1%BB%93ng%20%C4%91%E1%BB%99%20hydronium%20%3D%2010%5Ex%20mol%2FL)%3C%2Ftext%3E%3C%2Fsvg%3E)
pH = 7 chỉ trung tính ở 25 °C, không phải ở mọi nhiệt độ.
Điểm trung tính được định nghĩa bởi điều kiện , mà giá trị chung này lại phụ thuộc vào hằng số tự ion hoá của nước (autoionization of water) . Vì phản ứng ion hoá nước thu nhiệt, khi nhiệt độ tăng thì tăng, nên nước tinh khiết ở 50 °C có pH khoảng 6,6 mà vẫn hoàn toàn trung tính. Do đó khi đề cho một nhiệt độ khác 25 °C, đừng vội kết luận pH dưới 7 là axit; hãy tính trước rồi mới so sánh.
Chỉ phần thập phân của pH mới mang chữ số có nghĩa.
Trong , phần nguyên chỉ ghi lại bậc mười của nồng độ, còn phần định trị (mantissa) mới chứa thông tin về độ chính xác của phép đo. Vì vậy nồng độ có hai chữ số có nghĩa (significant figures) phải cho pH là 2,70 chứ không phải 2,7 hay 2,699. Đây là chỗ giám khảo trừ điểm rất máy móc trong phần tự luận, và cũng là lỗi khiến nhiều bài đúng hoàn toàn về hoá học vẫn mất một điểm.
Axit mạnh và axit đậm đặc là hai chuyện khác nhau.
"Mạnh" nói về mức độ phân li — axit mạnh coi như ion hoá hoàn toàn nên bằng nồng độ ban đầu; còn "đậm đặc" chỉ nói nồng độ lớn. Một dung dịch 1,0 M đậm đặc nhưng chỉ phân li vài phần trăm, nên pH của nó cao hơn hẳn dung dịch HCl 1,0 M. Ngược lại, HCl M là axit mạnh nhưng loãng, pH chỉ khoảng 5. Với mọi axit yếu, bạn buộc phải qua và bảng ICE mới ra được .
pH hoàn toàn có thể âm hoặc lớn hơn 14.
Thang 0–14 chỉ là khoảng quen thuộc ứng với nồng độ từ 1 M đến M ở 25 °C, chứ không phải một giới hạn vật lý. Dung dịch HCl 6,0 M cho , và NaOH 2,0 M cho pH khoảng 14,3. Nếu bài tính ra pH âm mà bạn tự "sửa" thành 0 vì tưởng đáp án sai thì mất điểm oan.
Pha loãng axit không bao giờ đẩy pH vượt qua 7.
Nhiều bạn suy luận rằng cứ pha loãng 10 lần thì pH tăng 1 đơn vị, nên HCl M phải có pH bằng 8 — tức là một axit lại có tính bazơ. Sai lầm nằm ở chỗ đã bỏ qua lượng do chính nước sinh ra, vốn không còn nhỏ khi nồng độ axit xuống dưới M. Trong trường hợp đó dung dịch chỉ tiệm cận pH 7 từ phía dưới, và quy tắc "loãng 10 lần, cộng 1" chỉ dùng an toàn cho axit mạnh ở nồng độ vừa phải.
Quiz câu thật từ ngân hàng đề
Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Hệ quả của tích số ion của nước (ion-product constant) ở 25 °C; dùng để chuyển qua lại giữa pH và pOH, chẳng hạn khi bài cho nồng độ base mạnh. Ở nhiệt độ khác 25 °C hằng số này đổi nên tổng không còn bằng 14.00.
Trong đó
Phương trình Henderson–Hasselbalch, dùng cho dung dịch đệm (buffer) chứa cặp acid yếu và base liên hợp (conjugate base); vì chỉ phụ thuộc tỉ số nên có thể thay nồng độ bằng số mol nếu hai chất cùng nằm trong một thể tích.
Trong đó
Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên trông kỳ lạ vì nó vốn là một ký hiệu viết tắt chứ không phải một từ. Sørensen gọi đại lượng của mình là "số mũ ion hydrogen" (hydrogen ion exponent), trong đó chữ H hoa chỉ ion hydrogen, còn chữ p nhỏ đứng trước ký hiệu cho phần số mũ. Ban đầu ông viết là pH• với H• ở dạng chỉ số dưới, và mãi sau này dạng viết mới rút gọn thành pH như ngày nay. Nguồn gốc chính xác của chữ "p" vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi, đã có hẳn những bài nghiên cứu bàn riêng về ý nghĩa của chữ p nhỏ này. Vì vậy, khi làm bài thi bạn chỉ cần nhớ ý nghĩa toán học của nó: p đứng trước một đại lượng nghĩa là lấy logarithm âm cơ số 10 của đại lượng ấy, nên . Chính quy ước này về sau được mở rộng cho và pOH mà đề AP thường xuyên dùng.
Kéo vạch nồng độ xuống một bậc mười — nhìn pH nhích đúng một đơn vị
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Viết rõ công thức trước khi thay số vào phần tự luận.
Giám khảo chấm theo từng bước, nên một dòng công thức cộng một dòng thay số thường ăn điểm ngay cả khi kết quả cuối bị sai số học. Ngược lại, chỉ ghi mỗi con số đáp án thì dù đúng bạn cũng khó lấy trọn điểm ở câu yêu cầu "justify your answer". Nhớ kèm luôn quan hệ và ghi chú rằng nó chỉ đúng ở 25 °C.
Trong bài chuẩn độ, hãy đánh dấu ba mốc pH đặc trưng ngay trên đồ thị.
Tại điểm nửa tương đương (half-equivalence point) của axit yếu, nồng độ axit và bazơ liên hợp bằng nhau nên — đây là cách nhanh nhất để đề bắt bạn đọc từ đường cong. Tại điểm tương đương (equivalence point) của axit yếu với bazơ mạnh, sản phẩm là bazơ liên hợp nên pH lớn hơn 7, còn với hai chất mạnh thì pH đúng bằng 7. Trả lời "pH = 7 tại điểm tương đương" cho mọi trường hợp là bẫy kinh điển bị trừ điểm.
Máy tính không được dùng ở phần trắc nghiệm, nên hãy ước lượng pH bằng bậc mười.
Với M, bạn biết ngay pH nằm giữa 4 và 5 và gần 4 hơn vì hệ số 4,5 lớn hơn 1; chừng đó thường đủ để loại ba đáp án. Nguyên tắc gọn: nồng độ luôn cho pH trong khoảng . Luyện phản xạ này giúp tiết kiệm thời gian đáng kể cho phần tự luận phía sau.
Dung dịch HCl ban đầu có . Sau khi thêm NaOH, acid vẫn dư mol trong mL nên và , tương ứng . Dung dịch cuối cùng vẫn mang tính acid, chỉ là yếu hơn ban đầu do một phần acid bị trung hòa và toàn bộ hỗn hợp bị pha loãng.
Dung dịch acid acetic 0,100 M có , trong khi hỗn hợp đệm chứa thêm acetate 0,150 M có , tức cao hơn đúng đơn vị. Sự chênh lệch hơn hai đơn vị pH giữa hai dung dịch cho thấy base liên hợp đã kìm hãm mạnh sự phân li của acid. Nhờ lượng dự trữ acetate đó, dung dịch đệm giữ pH gần như không đổi khi có thêm một ít acid mạnh.