Erős savak

Az erős savak olyan savak, amelyek vizes oldatban 100%-ban disszociálnak. Például a sósav (HCl) erős sav. Protont ad át a víznek (H₂O), így oxóniumion (H₃O⁺), és a HCl konjugált bázisa, kloridion (Cl⁻) keletkezik. A valóságban ez a reakció egyensúlyra vezet. Azonban az egyensúly olyannyira tart jobbra, és olyan mértékben kedvez a termékképződésnek, hogy nem egyensúlyi nyilat rajzolunk, egyszerűen jobbra mutató nyilat rajzolunk [magyar használatban inkább egyenlőségjelet teszünk], jelezve, hogy a reakció lényegében teljesen lejátszódik. Ha a reakció lényegében teljesen lejátszódik, akkor mondhatjuk, hogy a hidrogén-klorid 100%-ban disszociál, és oxóniumion, valamint kloridanion keletkezik. Lényegében nem maradt HCl, mind átalakult H₃O⁺-vá és Cl⁻-vá. Az is elfogadható, ha teljesen kihagyjuk az egyenletből a vizet, hogy megmutassuk, hogy a hidrogén-klorid (HCl) H⁺-vá és Cl⁻-vá alakul. Megismétlen, hogy mivel a HCl erős sav, csak jobbra mutató nyíl van, ami azt mutatja, hogy a HCl 100%-ban disszociál. Mivel csak egy vízmolekula a különbség a H⁺ és a H₃O⁺ között, a H⁺ és H₃O⁺ egyenértékű. A hidrogén-klorid az egyértékű erős savak egyik példája. Az egyértékű azt jelenti, hogy egy olyan protonja van, amelyet oldatban le tud adni. További példa az egyértékű erős savakra a hidrogén-bromid (HBr), a hidrogén-jodid(HI), a salétromsav (HNO₃) és a perklórsav (HClO₄). A kénsav H₂SO₄, erős sav, de kétértékű, ami azt jelenti, hogy két protont tud leadni. Azonban csak az első disszociáció tekintetében erős sav. Számítsuk ki egy erős sav oldatának pH-ját! Ebben az esetben 0,040 M salétromsavoldatunk van. A salétromsav HNO₃, és a salétromsav vízzel reagálva oxóniumiont (H₃O⁺), és nitrátiont (NO₃⁻) képez, amely a HNO₃ konjugált bázisa. Mivel a salétromsav erős sav, feltételezzük, hogy a reakció teljes mértékben lejátszódik. Ezért ha a salétromsav kiindulási koncentrációja 0,040 M, a rendezett egyenlet anyagmennyiség- arányát figyelembe véve, 1 van a salétromsav előtt, és szintén 1 szerepel az oxóniumion előtt, és 1 a nitrátion előtt. Ezért ha a reakció teljesen végbemegy, az oxóniumionok koncentrációja is 0,040 M lesz, akárcsak a nitrátanionnak, aminek szintén 0,040 M lesz a koncentrációja. Mivel ennek az oldatnak a pH-ját szeretnénk kiszámítani, és ismerjük a pH képletét: pH egyenlő mínusz logaritmus oxóniumion-koncentráció, ezért csak be kell helyettesítenünk az oxóniumionok koncentrációját az egyenletbe. Ebből a pH egyenlő mínusz logaritmus 0,040, ami 1,40. Tehát még ha meglehetősen híg is ez a salétsomsavoldat, mivel a salétromsav erős sav, a pH meglehetősen kicsi. Figyelj arra is, hogy mivel két értékes jeggyel van megadva az oxóniumionok koncentrációja, két tizedesjeggyel adjuk meg a végső választ. Nézzünk egy másik feladatot erős sav oldatával! Legyen 100 ml vizes hidrogén-jodid-oldat, az oldat pH-ja 1,50. Szeretnénk kiszámolni a HI tömegét ebben az oldatban. A hidrogén-jodid vízzel reagálva oxóniumiont és jodidiont képez. A HI és a H₃O⁺ anyagmennyiség-aránya 1:1. Ha ki szeretnénk számolni az oxóniumionok koncentrációját az oldatban, az is a hidrogén-jodid kiindulási koncentrációjával egyezik meg. Ha tudjuk a hidrogén-jodid kiindulási koncentrációját, akkor kiszámolhatjuk a jelenlevő HI tömegét. Mivel a feladatban meg van adva a pH, azt közvetlenül behelyettesíthetjük az egyenletbe, amiből 1,50 egyenlő, mínusz logaritmus oxóniumion-koncentráció. Az oxóniumionok koncentrációjának kiszámításához először átvisszük a mínusz jelet a bal oldalra, amiből mínusz 1,50 egyenlő logaritmus oxóniumion-koncentráció. A logaritmus eltüntetéséhez alkalmazzuk a logaritmus definícióját. Így az oxóniumionok koncentrációja egyenlő 10 a mínusz 1,50.-on, ami 0,032. Tehát az oxóniumionok koncentrációja 0,032 M. És mivel az oxóniumionok és a HI aránya 1:1, a HI kiindulási koncentrációja szintén 0,032 M. Most már tudjuk a HI kiindulási koncentrációját, ki tudjuk számolni a jelenlevő HI tömegét. A molaritás, az mol/L [a magyar használatban mol/dm³], menjünk tovább, és írjuk ezt fel, hogy 0,032 mol/L. Az oldat térfogata 100 milliliter, ami 0,100 liternek felel meg. Ha tehát megszorozzuk a mol/L-t a térfogattal, ami 0,100 liter, a liter kiesik, és mól lesz. Ez tehát egyenlő 0,0032 mol HI. Mivel a HI tömegét szeretnénk kiszámolni, az utolsó lépés, hogy megszorozzuk a HI anyagmennyiségét a moláris tömegével, ami 128 g/mol. A mólok kiesnek, és 0,41 gramm lesz a végső eredmény.