9.2 pH og sterke syrer/basar | Kjemi 1

Forstå pH-skalaen og korleis du reknar ut pH for sterke syrer og basar.

65 min

14 oppgaver

pHpOHHydroniumionSterke syrerSterke basarpH-utrekningarNøytralisering

Du leser den tradisjonelle versjonen

Din fremgang i kapitlet

0 / 14 oppgaver

Kapitlets plass i kurset

Bygger på

9.1Syrer og baser - definisjoner

Brukes videre i

9.3Svake syrer og baser 9.4Titrering

pH-skalaen

pH er eit mål på kor sur eller basisk ei løysing er. pH står for "potentia Hydrogenii" (styrken til hydrogenionet).

Definisjon av pH

$\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+]$

- Låg pH (0-7): Sur løysing (høg [H₃O⁺])
- pH = 7: Nøytral løysing ([H₃O⁺] = [OH⁻])
- Høg pH (7-14): Basisk løysing (låg [H₃O⁺], høg [OH⁻])

Viktige pH-verdiar

Løysing	[H₃O⁺] (M)	pH
1 mol/L HCl	1	0
0,1 mol/L HCl	0,1	1
Magesyre	0,01	2
Brus	0,001	3
Regn	10⁻⁵	5
Reint vatn	10⁻⁷	7
Blod	4 × 10⁻⁸	7,4
Såpe	10⁻⁹	9
0,01 mol/L NaOH	10⁻¹²	12
1 mol/L NaOH	10⁻¹⁴	14

Merk: pH-skalaen er logaritmisk. Kvart steg på pH-skalaen er ein 10-gongers skilnad i [H₃O⁺].

✏️Døme 1: Rekn ut pH

Rekn ut pH for ei løysing med [H₃O⁺] = 2,5 × 10⁻⁴ M.

Løysing:

$\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+] = -\log(2{,}5 \times 10^{-4})$

Kalkulator:
- Skriv inn: 2,5 × 10⁻⁴
- Trykk LOG
- Multipliser med −1

$\text{pH} = -(-3{,}60) = 3{,}60$

Svar: pH = 3,60 (sur løysing)

📝Oppgave 9-16

Rekn ut pH for følgjande [H₃O⁺]-verdiar:

[H₃O⁺] = 1,0 × 10⁻³ M

[H₃O⁺] = 5,0 × 10⁻⁶ M

[H₃O⁺] = 1,0 × 10⁻⁷ M

Autoprotolyseringa av vatn

Vatn kan reagere med seg sjølv (autoprotolysering):

$2\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^-$

Ioneproduktet til vatn (Kw)

$K_\text{w} = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 1{,}0 \times 10^{-14} \quad \text{(ved 25°C)}$

Viktig samanheng:
- I reint vatn: [H₃O⁺] = [OH⁻] = 1,0 × 10⁻⁷ M → pH = 7
- I sur løysing: [H₃O⁺] > [OH⁻] → pH < 7
- I basisk løysing: [H₃O⁺] < [OH⁻] → pH > 7

Samanheng mellom [H₃O⁺] og [OH⁻]

Dersom du kjenner éin konsentrasjon, kan du finne den andre:

$[\text{OH}^-] = \frac{K_\text{w}}{[\text{H}_3\text{O}^+]} = \frac{1{,}0 \times 10^{-14}}{[\text{H}_3\text{O}^+]}$

$[\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{K_\text{w}}{[\text{OH}^-]} = \frac{1{,}0 \times 10^{-14}}{[\text{OH}^-]}$

✏️Døme 2: Finn [OH⁻] frå [H₃O⁺]

Ei løysing har [H₃O⁺] = 2,0 × 10⁻⁴ M. Rekn ut [OH⁻].

Løysing:

$[\text{OH}^-] = \frac{K_\text{w}}{[\text{H}_3\text{O}^+]} = \frac{1{,}0 \times 10^{-14}}{2{,}0 \times 10^{-4}}$

$[\text{OH}^-] = 5{,}0 \times 10^{-11} \text{ mol/L}$

Svar: [OH⁻] = 5,0 × 10⁻¹¹ M (mykje lågare enn [H₃O⁺] → sur løysing)

📝Oppgave 9-17

Rekn ut [OH⁻] for følgjande [H₃O⁺]-verdiar:

[H₃O⁺] = 1,0 × 10⁻² M

[H₃O⁺] = 5,0 × 10⁻⁹ M

[H₃O⁺] = 2,5 × 10⁻¹¹ M

pOH og samanheng med pH

På same måte som pH er definert for H₃O⁺, er pOH definert for OH⁻:

$\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-]$

Samanheng mellom pH og pOH

$\text{pH} + \text{pOH} = 14{,}00 \quad \text{(ved 25°C)}$

Denne samanhengen gjeld alltid for vassløysingar ved 25°C.

Konvertering mellom pH og pOH

- Dersom du kjenner pH: pOH = 14 − pH
- Dersom du kjenner pOH: pH = 14 − pOH

Døme:
- pH = 3 → pOH = 14 − 3 = 11
- pOH = 2 → pH = 14 − 2 = 12

✏️Døme 3: Rekn ut pOH og pH

Ei løysing har [OH⁻] = 2,5 × 10⁻³ M.
a) Rekn ut pOH
b) Rekn ut pH

Løysing:

a) $\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-] = -\log(2{,}5 \times 10^{-3}) = 2{,}60$

b) $\text{pH} = 14{,}00 - \text{pOH} = 14{,}00 - 2{,}60 = 11{,}40$

Svar: pOH = 2,60, pH = 11,40 (basisk løysing)

📝Oppgave 9-18

Rekn ut pH ved hjelp av pH + pOH = 14:

pOH = 3,00

pOH = 8,50

pOH = 12,30

pH-utrekningar for sterke syrer

Sterke syrer protolyserer fullstendig i vatn:

$\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Cl}^- + \text{H}_3\text{O}^+$

For einprotiske sterke syrer (HCl, HNO₃, HBr, HI):

$[\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{syre}]_0$

der [syre]₀ er startkonsentrasjonen av syra.

Framgangsmåte

1. Finn [H₃O⁺] = konsentrasjonen av syra
2. Rekn ut pH = −log[H₃O⁺]

Døme:
- 0,10 mol/L HCl → [H₃O⁺] = 0,10 mol/L → pH = −log(0,10) = 1,00

Fleirprotiske syrer (H₂SO₄)

Svovelsyre (H₂SO₄) kan gi frå seg to proton:
- Første proton: H₂SO₄ + H₂O → HSO₄⁻ + H₃O⁺ (fullstendig)
- Andre proton: HSO₄⁻ + H₂O ⇌ SO₄²⁻ + H₃O⁺ (delvis)

For fortynna H₂SO₄ (<0,1 mol/L): [H₃O⁺] ≈ 2 × [H₂SO₄]₀

✏️Døme 4: pH av sterk syre

Rekn ut pH for 0,025 mol/L HNO₃.

Løysing:

HNO₃ er sterk syre → protolyserer fullstendig:
$\text{HNO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NO}_3^- + \text{H}_3\text{O}^+$

$[\text{H}_3\text{O}^+] = 0{,}025 \text{ mol/L}$

$\text{pH} = -\log(0{,}025) = 1{,}60$

Svar: pH = 1,60

📝Oppgave 9-19

Rekn ut pH for følgjande sterke syrer:

0,10 mol/L HCl

0,050 mol/L HBr

2,5 × 10⁻³ M HNO₃

pH-utrekningar for sterke basar

Sterke basar løyser seg fullstendig i vatn:

$\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^-$

For sterke basar (NaOH, KOH):

$[\text{OH}^-] = [\text{base}]_0$

Framgangsmåte

1. Finn [OH⁻] = konsentrasjonen av basen
2. Rekn ut pOH = −log[OH⁻]
3. Rekn ut pH = 14 − pOH

Alternativ metode:
1. Finn [OH⁻]
2. Rekn ut [H₃O⁺] = Kw / [OH⁻]
3. Rekn ut pH = −log[H₃O⁺]

Basar med fleire OH⁻ (Ba(OH)₂, Ca(OH)₂)

For Ba(OH)₂: [OH⁻] = 2 × [Ba(OH)₂]₀

$\text{Ba(OH)}_2 \rightarrow \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^-$

✏️Døme 5: pH av sterk base

Rekn ut pH for 0,010 mol/L NaOH.

Løysing:

NaOH er sterk base → løyser seg fullstendig:
$\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^-$

$[\text{OH}^-] = 0{,}010 \text{ mol/L}$

Metode 1: Via pOH
$\text{pOH} = -\log(0{,}010) = 2{,}00$
$\text{pH} = 14{,}00 - 2{,}00 = 12{,}00$

Metode 2: Via [H₃O⁺]
$[\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{1{,}0 \times 10^{-14}}{0{,}010} = 1{,}0 \times 10^{-12} \text{ mol/L}$
$\text{pH} = -\log(1{,}0 \times 10^{-12}) = 12{,}00$

Svar: pH = 12,00

📝Oppgave 9-20

Rekn ut pH for følgjande sterke basar:

0,10 mol/L NaOH

0,025 mol/L KOH

5,0 × 10⁻⁴ M NaOH

📝Oppgave 9-21

Rekn ut pH for Ba(OH)₂-løysingar:

0,050 mol/L Ba(OH)₂

0,010 mol/L Ba(OH)₂

📝Oppgave 9-22

Finn konsentrasjon frå pH:

Ei HCl-løysing har pH = 2,00. Rekn ut [HCl].

Ei NaOH-løysing har pH = 11,00. Rekn ut [NaOH].

📝Oppgave 9-23

Fortynning av syrer og basar:

Du har 100 mL 0,10 mol/L HCl. Du tilset 900 mL vatn. Kva blir ny pH?

Ei NaOH-løysing har pH = 13,00. Løysinga blir fortynna 10 gonger. Kva blir ny pH?

📝Oppgave 9-24

Blanding av syrer og basar:

50 mL 0,10 mol/L HCl blir blanda med 50 mL 0,10 mol/L NaOH. Kva blir pH?

50 mL 0,20 mol/L HCl blir blanda med 50 mL 0,10 mol/L NaOH. Kva blir pH?

Nøytralisering: kor mykje base trengst?

Når ei syre og ein base reagerer, blir det danna eit salt og vatn. Med sterk syre og sterk base er reaksjonen i vatn
$\text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^- \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$

Kor mykje base som trengst, finn vi med molforholdet i den balanserte likninga:

- rekn ut stoffmengda av det vi kjenner: $n = c \cdot V$ eller $n = \dfrac{m}{M}$
- bruk molforholdet i likninga
- rekn om til det som det blir spurt etter: volum, masse eller konsentrasjon

Ei toprotisk syre som H₂SO₄ treng to mol OH⁻ per mol syre:
$\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\,\text{H}_2\text{O}$

Svake basar kan òg nøytralisere syrer. Natron, NaHCO₃, blir brukt til å nøytralisere søla syre fordi det ikkje er etsande, og fordi det brusar så lenge det er syre att:
$\text{NaHCO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$

«Nøytralisert» tyder at syre og base har reagert i rett molforhold. Det tyder ikkje alltid at pH blir 7: saltet som blir danna, kan gi ei sur eller basisk løysing. Det ser vi på i 9.3.

✏️Døme 6: Natron på saltsyresøl

Det blir sølt 50 mL saltsyre med konsentrasjon 2,0 mol/L. Sølet blir nøytralisert med natron, NaHCO₃ (M = 84,01 g/mol). Molart volum er 24,5 L/mol.

a) Kor mange gram natron trengst minst?
b) Kor mange liter CO₂ blir danna?

\text{NaHCO}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2

n(\text{HCl}) = 2{,}0\ \text{mol/L} \cdot 0{,}050\ \text{L} = 0{,}10\ \text{mol}

Molforhold 1 : 1:

n(\text{NaHCO}_3) = 0{,}10\ \text{mol}

m(\text{NaHCO}_3) = 0{,}10\ \text{mol} \cdot 84{,}01\ \text{g/mol} = 8{,}4\ \text{g}

Svar: Minst 8,4 g natron.

b)
$n(\text{CO}_2) = n(\text{HCl}) = 0{,}10\ \text{mol}$
$V(\text{CO}_2) = 0{,}10\ \text{mol} \cdot 24{,}5\ \text{L/mol} = 2{,}5\ \text{L}$

Svar: Omtrent 2,5 L CO₂.

📝Oppgave 9-25

Nøytralisering:

Kor mange millilitrar KOH-løysing med konsentrasjon 0,10 mol/L trengst for å nøytralisere 20,0 mL HNO₃ med konsentrasjon 0,15 mol/L?

Kor mange millilitrar NaOH-løysing med konsentrasjon 0,20 mol/L trengst for å nøytralisere 25,0 mL H₂SO₄ med konsentrasjon 0,10 mol/L?

Kor mange gram natron, NaHCO₃ (M = 84,01 g/mol), trengst minst for å nøytralisere 25,0 mL saltsyre med konsentrasjon 1,0 mol/L?

Løs oppgaven

📝Oppgave 9-26

Avsluttande spørsmål:

Forklar kvifor pH-skalaen er logaritmisk.

Kvifor er pH i reint vatn 7,00 ved 25°C?

Kvifor endrar pH seg med 1 når [H₃O⁺] endrar seg 10 gonger?

📝Oppgave 9-27

Magesyre og fordøying:

Magesyre har pH ≈ 2. Rekn ut [H₃O⁺].

Kva skjer med pH dersom du tek 1 tablett antacid (nøytraliserer 0,001 mol H₃O⁺)?

📝Oppgave 9-28

Sur nedbør:

Normalt regn har pH ≈ 5,6 (CO₂ i lufta). Rekn ut [H₃O⁺].

Sur nedbør har pH = 4,0. Kor mykje surare er dette enn normalt regn?

📝Oppgave 9-29

Blod-pH:

Blod har pH = 7,40. Rekn ut [H₃O⁺] og [OH⁻].

Acidose (for låg pH) oppstår ved pH < 7,35. Kor mykje høgare [H₃O⁺] er dette enn normalt?

Oppsummering

- pH-skalaen: $\text{pH} = -\log[\text{H}_3\text{O}^+]$ ; pH < 7 (sur), pH = 7 (nøytral), pH > 7 (basisk)
- pH-skalaen er logaritmisk: kvart steg på skalaen er 10-gongers skilnad i [H₃O⁺]
- Autoprotolyseringa av vatn: $2\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^-$
- Ioneproduktet til vatn: $K_w = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 1{,}0 \times 10^{-14}$ (ved 25°C)
- pOH: $\text{pOH} = -\log[\text{OH}^-]$ ; samanheng: $\text{pH} + \text{pOH} = 14{,}00$
- For sterke syrer (HCl, HNO₃): $[\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{syre}]_0$ , deretter rekn ut pH
- For sterke basar (NaOH, KOH): $[\text{OH}^-] = [\text{base}]_0$ , rekn ut pOH, deretter pH = 14 − pOH
- Nøytralisering: stoffmengda base blir funnen med molforholdet i den balanserte likninga; H₂SO₄ treng 2 mol OH⁻ per mol
- For H₂SO₄: $[\text{H}_3\text{O}^+] \approx 2 \times [\text{H}_2\text{SO}_4]_0$ ; for Ba(OH)₂: $[\text{OH}^-] = 2 \times [\text{Ba(OH)}_2]_0$

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.