If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

જો તમે વેબ ફિલ્ટરની પાછળ હોવ, તો કૃપા કરીને ખાતરી કરો કે ડોમેન્સ *.kastatic.org અને *.kasandbox.org અનબ્લોક થયા છે.

મુખ્ય વિષયવસ્તુ

પાણીનું ઓટોઆયનીકરણ અને Kw

પાણીનું ઓટોઆયનીકરણ અને આયનીકરણ અચળાંક Kw, જલીય દ્રાવણમાં [H⁺] અને [OH⁻] વચ્ચેનો સંબંધ. 

મુખ્ય બાબતો

  • પાણી H3O+ અને OH આયન બનાવવા માટે ઓટોઆયનીકરણ પ્રક્રિયા કરી શકે.
  • 25C. આગળ પાણીના ઓટોઆયનીકરણ માટે સંતુલન અચળાંક, Kw, 1014 છે.
  • તટસ્થ દ્રાવણ માટે, [H3O+]=[OH]
  • એસિડિક દ્રાવણ માટે, [H3O+]>[OH]
  • બેઝિક દ્રાવણ માટે, [OH]>[H3O+]
  • 25C આગળ જલીય દ્રાવણ માટે, નીચેનો સંબંધ હંમેશા સાચો છે:
Kw=[H3O+][OH]=1014
pH+pOH=14
  • ખુબ જ વધુ મંદ ઍસિડ અને બેઈઝ દ્રાવણ માટે [H3O+] અને [OH] માં પાણીના ઓટોઆયનીકરણનો ફાળો અસરાકારક બની જાય છે.

પાણી ઉભયગુણધર્મી છે

ઍસિડ-બેઈઝ પ્રક્રિયાઓ માટે સૌથી સામાન્ય દ્રાવકોમાંનું એક પાણી છે. બ્રોનસ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ અને બેઈઝ પરના અગાઉના આર્ટીકલ માં ચર્ચા કર્યા મુજબ, પાણી ઉભયગુણધર્મી છે, બ્રોનસ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ અથવા બેઇઝ કોઈ પણ તરીકે કામ કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.

મહાવરો 1: પ્રક્રિયામાં પાણીની ભૂમિકા ઓળખવી

નીચેની પ્રક્રિયાઓમાં, પાણી ઍસિડ, બેઈઝ, અથવા બંનેમાંથી કોઈ પણ નહિની ભૂમિકા ભજવે છે કે નહિ તે ઓળખો.
1

પાણીનું ઓટો આયનીકરણ

ઍસિડ અને બેઈઝ એકબીજા સાથે પ્રક્રિયા કરે છે, તે બતાવે છે કે પાણી પણ પોતાની જ સાથે પ્રક્રિયા કરી શકે! તે થોડું વિચિત્ર લાગે, પણ તે થાય છેપાણીનો અણુ બીજાની સાથે ખુબ જ નાના પાયે પ્રોટોનની અદલાબદલી કરે છે. આપણે આ પ્રક્રિયાને પાણીનું ઓટોઆયનીકરણ, અથવા સ્વ-આયનીકરણ કહીએ છીએ.
પ્રોટોનની અદલાબદલીને નીચેના સંતુલિત સમીકરણ વડે લખી શકાય:
 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)
પાણીનો એક અણુ (નારંગી ગોળો) તેના પાડોશી પાણીના અણુ, જે પ્રોટોન સ્વીકારીને બ્રોનસ્ટેડ-લૉરી બેઈઝ તરીકે વર્તે છે, ને પ્રોટોનનું દાન કરે છે. પ્રતિવર્તી એસીડ-બેઇઝ પ્રક્રિયાની નીપજો હાઇડ્રોનિયમ અને હાઈડ્રોક્સાઇડ છે.
પાણીનો એક અણુ પ્રોટોનનું દાન કરે છે અને બ્રોનસ્ટેડ-લૉરી ઍસિડ તરીકે વર્તે છે, જ્યારે પાણીનો બીજો અણુ પ્રોટોન સ્વીકારે છે, બ્રોનસ્ટેડ-લૉરી બેઈઝ તરીકે વર્તે છે. આના પરિણામે હાઇડ્રોનિયમ અને હાઇડ્રોક્સાઈડ આયનનું નિર્માણ 1:1 મોલર ગુણોત્તરમાં થાય. શુદ્ધ પાણીના કોઈ પણ નમૂનામાં, હાઇડ્રોનિયમ, H3O+, અને હાઈડ્રોક્સાઇડ, OH, ની મોલર સાંદ્રતા સમાન હોવી જોઈએ:
[H3O+]=[OH]  શુદ્ધ પાણીમાં
નોંધો કે આ પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી છે. કારણકે પાણી નિર્બળ ઍસિડ અને નિર્બળ બેઈઝ છે, તેથી બિન-આયનીકરણ પાણીની સાપેક્ષમાં હાઇડ્રોનિયમ અને હાઈડ્રોક્સાઇડ ખુબ જ નાની સાંદ્રતામાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. આ સાંદ્રતાઓ કેટલી નાની છે? આ પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક (તેને ઓટોઆયનીકરણ અચળાંક પણ કહેવાય છે) નું અવલોકન કરીને તે શોધીએ, જેની વિશિષ્ટ સંજ્ઞા Kw છે.

ઓટોઆયનીકરણ અચળાંક, Kw

ઓટોઆયનીકરણ અચળાંક માટેની પદાવલિ
Kw=[H3O+][OH](Eq. 1)
યાદ રાખો કે જ્યારે સંતુલન પદાવલિઓ લખીએ, ત્યારે ઘન અને પ્રવાહીની સાંદ્રતાઓનો સમાવેશ કરતા નથી. તેથી, Kw માટેની પદાવલિ પાણીની સાંદ્રતાનો સમાવેશ કરશે નહિ, જે શુદ્ધ પ્રવાહી છે.
આપણે [H3O+] નો ઉપયોગ કરીને 25C આગળ કિંમતની ગણતરી કરી શકીએ, જે પાણીની pH સાથે સંબંધિત છે. 25C આગળ, શુદ્ધ પાણીની pH 7 છે. તેથી, આપણે શુદ્ધ પાણીમાં હાઇડ્રોનિયમ આયનની સાંદ્રતાની ગણતરી કરી શકીએ:
[H3O+]=10pH=107 M  25C આગળ
અંતિમ વિભાગમાં, આપણે જોયું કે શુદ્ધ પાણીના ઓટોઆયનીકરણ દરમિયાન હાઇડ્રોનિયમ અને હાઈડ્રોક્સાઇડ 1:1 માં મોલર ગુણોત્તર બનાવે છે. આપણે 25C આગળ શુદ્ધ પાણીમાં હાઈડ્રોક્સાઇડની સાંદ્રતાની ગણતરી કરવા આ સંબંધનો ઉપયોગ કરી શકીએ:
[OH]=[H3O+]=107 M   25C આગળ
આની કલ્પના કરવી થોડી અઘરી છે, પણ 107 ખુબ જ નાની સંખ્યા છે! પાણીના નમૂનાની અંદર, પાણીના અણુનો ફક્ત નાનો અપૂર્ણાંક જ આયનીકરણ સ્વરૂપમાં હશે.
હવે આપણે [OH] અને [H3O+] જાણીએ છીએ, આપણે 25Cઆગળ Kw ની ગણતરી કરવા માટે સંતુલન પદાવલિમાં આ કિંમતોનો ઉપયોગ કરી શકીએ:
Kw=(107)×(107)=1014  25C આગળ
ખ્યાલ ચકાસણી: 25C આગળ પાણીના એક લિટરમાં હાઈડ્રોક્સાઇડ અને હાઇડ્રોનિયમ આયન કેટલા છે?

ઓટોઆયનીકરણ અચળાંક, pH, અને pOH વચ્ચેનો સંબંધ

હકીકત એ છે કે 25C આગળ Kw બરાબર 1014 રસપ્રદ અને નવા ઉપયોગી સમીકરણ તરફ લઈ જાય છે. જો આપણે અગાઉના વિભાગના Eq. 1 ની બંને બાજુએ ઋણ લઘુગુણક લઈએ, તો આપણને નીચેનું મળે:
logKw=log([H3O+][OH])=(log[H3O+]+log[OH])=log[H3O+]+(log[OH])=pH+pOH
આપણે logKw ને pKw તરીકે લખી શકીએ, જેના બરાબર 25C આગળ 14 છે:
pKw=pH+pOH=14  આગળ 25C(Eq. 2)
આમ, 25C આગળ કોઈ પણ જલીય દ્રાવણ માટે pH અને pOH નો સરવાળો હંમેશા 14 થાય છે. યાદ રાખો કે આ સંબંધ બીજા તાપમાન આગળ સાચો નથી, કારણકે Kw તાપમાન પર આધાર રાખે છે!

ઉદાહરણ 1: pH પરથી [OH] ની ગણતરી કરવી

જલીય દ્રાવણ પાસે 25C આગળ 10 ની pH છે.
દ્રાવણમાં હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનની સાંદ્રતા શું છે?

રીત 1: સમી. 1 નો ઉપયોગ કરવો

આ પ્રશ્નને ઉકેલવાની એક રીત પ્રથમ pH પરથી [H+] શોધવાની છે:
[H3O+]=10pH=1010M
Eq. 1 નો ઉપયોગ કરીને [OH] ની ગણતરી આપણે કરી શકીએ:
Kw=[H3O+][OH]   ઉકેલવા માટે ફરીથી ગોઠવો [OH][OH]=Kw[H3O+]કિંમતો મૂકો Kwઅને [H3O+]=10141010=104 M

રીત 2: સમી. 2 નો ઉપયોગ કરવો

ને ગણવાની બીજી રીત દ્રાવણમાં pOH પરથી [OH] ની ગણતરી કરવાની છે. આપણે pH પરથી દ્રાવણમાં pOH ની ગણતરી કરવા સમી. 2 નો ઉપયોગ કરી શકીએ. સમી. 2 ગોઠવતા અને pOH માટે ઉકેલતા, આપણને મળે:
pOH=14pH=1410=4
હવે આપણે [OH] માટે ઉકેલવા pOH માટેના સમીકરણનો ઉપયોગ કરી શકીએ.
[OH]=10pOH=104 M
પ્રાશ ઉકેલવા માટે કોઈ પણ રીતનો ઉપયોગ કરતા, 25C આગળ 10 ની pH સાથે કોઈ પણ જલીય દ્રાવણ માટે હાઈડ્રોક્સાઇડ આયનની સાંદ્રતા 104 M છે.

એસિડિક, બેઝિક, અને તટસ્થ દ્રાવણની વ્યાખ્યાઓ

આપણે જોઈ ગયા કે શુદ્ધ પાણીમાં H3O+ અને OH ની સાંદ્રતાઓ સમાન છે, અને તે બંને પાસે 25C આગળ કિંમત 107 M છે. જ્યારે હાઇડ્રોનિયમ અને હાઈડ્રોક્સાઇડ બંનેની સાંદ્રતા સમાન હોય, ત્યારે આપણે કહીએ કે દ્રાવણ તટસ્થ છે. જલીય દ્રાવણ H3O+ અને OH ની સાપેક્ષ સાંદ્રતાઓને આધારે એસિડિક અથવા બેઝિક હોઈ શકે.
  • તટસ્થ દ્રાવણ માટે, [H3O+]=[OH]
  • એસિડિક દ્રાવણ માટે, [H3O+]>[OH]
  • બેઝિક દ્રાવણ માટે, [OH]>[H3O+]

મહાવરો 2: 0C આગળ પાણીની pH ની ગણતરી કરવી

જો 0C આગળ શુદ્ધ પાણીના નમૂનાનું pKw 14.9 હોય, તો આ તાપમાન આગળ શુદ્ધ પાણીની pH શું છે?
કોઈ એક જવાબ પસંદ કરો:

મહાવરો 3: 40C આગળ પાણીની pKw ની ગણતરી કરવી

40C આગળ શુદ્ધ પાણીની pH 6.75 માપવામાં આવી છે.
આ માહિતીને આધારે, 40Cઆગળ પાણીની pKwશું છે?
કોઈ એક જવાબ પસંદ કરો:

ઓટોઆયનીકરણ અને લ શેટેલિયરનો સિદ્ધાંત

આપણે જાણીએ છીએ કે શુદ્ધ પાણીમાં, હાઈડ્રોકસાઇડ અને હાઇડ્રોનિયમની સાંદ્રતાઓ સમાન હોય છે. મોટા ભાગના સમયે, આપણને બીજા ઍસિડ અને બેઈઝ ધરાવતા જલીય દ્રાવણોના અભ્યાસમાં રસ હોય છે. તે પરિસ્થિતિમાં, [H3O+] અને [OH] નું શું થાય?
જે ક્ષણે આપણે પાણીમાં બીજા ઍસિડ અને બેઇઝને ઓગાળીએ, આપણે [H3O+] અને/અથવા [OH] બદલીએ છીએ જેથી સાંદ્રતાનો ગુણાકાર બરાબર Kw ન થાય. તેનો અર્થ થાય કે પ્રક્રિયા સંતુલન આગળ નથી. લ શેટેલિયરનો સિદ્ધાંત આપણને જણાવે છે કે પ્રક્રિયા સાંદ્રતાના ફેરફારને સંતુલિત કરવા ને નવું સંતુલન સ્થાપિત કરવા ખસશે.
ઉદાહરણ તરીકે, જો આપણે શુદ્ધ પાણીમાં ઍસિડ ઉમેરીએ તો? 25C આગળ શુદ્ધ પાણી પાસે હાઇડ્રોનિયમ આયન સાંદ્રતા 107M છે, ઉમેરેલો ઍસિડ H3O+ ની સાંદ્રતા વધારે છે. સંતુલન પાછું મેળવવા માટે, પ્રક્રિયા કેટલાક વધારાના H3O+ નો ઉપયોગ કરીને પ્રતિગામી પ્રક્રિયાની તરફેણ કરે. પરિણામે જ્યાં સુધી [H3O+] અને [OH] નો ગુણાકાર ફરીથી 1014 જેટલો ન થાય ત્યાં સુધી OH ની સાંદ્રતા ઘટે છે.
જયારે પ્રક્રિયા પાછી તેની નવી સંતુલન અવસ્થા આગળ પહોંચી જાય, આપણે જાણીએ છીએ:
  • [H+]>[OH] કારણકે ઉમેરેલો ઍસિડ [H+] વધારે છે. આમ, આપણું દ્રાવણ એસિડિક છે!
  • [OH]<107M કારણકે પ્રતિગામી પ્રક્રિયાની તરફેણ કરતા સંતુલન ફરી મેળવવા [OH] ઘટે છે.
યાદ રાખવા જેવી મહત્વની બાબત એ છે કે કોઈ પણ જલીય ઍસિડ-બેઈઝ પ્રક્રિયાને પાણીના ઓટોઆયનીકરણ માટે સંતુલન સાંદ્રતાના ખસેડવા તરીકે દર્શાવી શકાય. આ ઘણું ઉપયોગી છે, કારણકે તેનો અર્થ થાય કે આપણે બધી જ જલીય ઍસિડ-બેઈઝ પ્રક્રિયાઓ પર સમી. 1 અને સમી. 2 લાગુ પાડી શકીએ, ફક્ત શુદ્ધ પાણી પર નહિ!

ખુબ જ મંદ ઍસિડ અને બેઇઝ દ્રાવણ માટે ઓટોઆયનીકરણ મહત્વનું છે.

જ્યારે ઍસિડ અને બેઇઝ વિશે પ્રથમ વાર શીખીએ ત્યારે સામાન્ય રીતે પાણીના ઓટોઆયનીકરણનો પરિચય આપવામાં આવે છે, અને કેટલાક અગત્યના સમીકરણને તારવવા તેનો ઉપયોગ થાય છે જેની ચર્ચા આપણે આ આર્ટીકલમાં કરી ગયા. તેમ છતાં, આપણે ઘણી વાર પાણીના આયનીકરણના ફાળાનો સમાવેશ કર્યા વગર જલીય દ્રાવણ માટે [H+] અને pH ની ગણતરી કરીએ છીએ. આપણે આવું કરી શકીએ કારણકે વધારાના ઍસિડ અથવા બેઇઝ પરથી મળતા આયનની સરખામણીમાં ઓટોઆયનીકરણ [H+] અથવા [OH] ને થોડા જ આયન આપે છે.
ફક્ત એક જ પરિસ્થિતિ જ્યારે આપણે પાણીના ઓટોઆયનીકરણને યાદ રાખવાની જરૂર છે જ્યારે ઍસિડ અથવા બેઈઝની સાંદ્રતા ઘણી જ મંદ હોય. વાસ્તવમાં, તેનો અર્થ થાય કે જ્યારે H+ અથવા OH ની સાંદ્રતા 107M ના મૂલ્યના ક્રમ ~2 માં (અથવા તેનાથી ઓછી) હોય ત્યારે આપણે ઓટોઆયનીકરણ પરથી ફાળાનો સમાવેશ કરવાની જરૂર છે. ખુબ જ મંદ ઍસિડ દ્રાવણના pH ની ગણતરી કઈ રીતે કરી શકાય આપણે તેનું ઉદાહરણ જોઈશું.

ઉદાહરણ 2: ખુબ જ મંદ ઍસિડ દ્રાવણના pH ની ગણતરી કરવી

ચાલો pH of a 6.3×108M HCl દ્રાવણના pH ની ગણતરી કરીએ. HClનું પાણીમાં સંપૂર્ણ વિયોજન થાય છે, તેથી HCl ના કારણે દ્રાવણમાં હાઇડ્રોનિયમ આયનની સાંદ્રતા 6.3×108M છે.

પ્રયત્ન 1: પાણીના ઓટોઆયનીકરણને અવગણવું

જો આપણે પાણીના ઓટોઆયનીકરણને અવગણીએ અને ફક્ત pH ના સૂત્રનો જ ઉપયોગ કરીએ, તો આપણને મળે:
pH=log[H+]=log[6.3×108]=7.20
સરળ! આપણી પાસે 7 કરતા વધુ pH સાથે જલીય ઍસિડ દ્રાવણ છે. પણ, ઊભા રહો, શું તે બેઝિક દ્રાવણ ન બને? તે સાચું હોઈ શકે નહિ!

પ્રયત્ન 2: [H+] માં ઓટોઆયનીકરણના ફાળાનો સમાવેશ કરો

આ દ્રાવણની સાંદ્રતા ઘણી જ મંદ છે, તેથી હાઈડ્રોક્લોરિક ઍસિડ પરથી હાઇડ્રોનિયમની સાંદ્રતા પાણીના આયનીકરણ પરથી [H+] ના ફાળાની ખુબ જ નજીક છે. તેનો અર્થ:
  • આપણે [H+] માં ઓટોઆયનીકરણના ફાળાનો સમાવેશ કરીએ છીએ
  • પાણીનું ઓટોઆયનીકરણ સંતુલિત પ્રક્રિયા છે, તેથી આપણે Kw માટેની પદાવલીનો ઉપયોગ કરીને [H+] માટે ઉકેલવું જોઈએ:
Kw=[H+][OH]=1.0×1014
જો આપણે કહીએ કે H+ અને OH ની સંતુલિત સાંદ્રતામાં ઓટોઆયનીકરણનો ફાળો x છે, તો સંતુલન આગળ સાંદ્રતાઓ નીચે મુજબ થશે
[H+]=6.3×108M+x
[OH]=x
સંતુલન પદાવલિમાં સંતુલન સાંદ્રતાઓની કિંમત મૂકતા, આપણને મળે:
Kw=(6.3×108M+x)x=1.0×1014=x2+6.3×108x
પદાવલીને ફરીથી ગોઠવીએ જેથી બધાના બરાબર 0 થાય તેનાથી આપણને નીચેનું દ્વિઘાત સમીકરણ મળે:
0=x2+6.3×108x1.0×1014
આપણે દ્વિઘાત સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને x માટે ઉકેલી શકીએ, જે આપણને નીચેનો ઉકેલ આપે:
x=7.3×108M,1.4×107M
OH ની સાંદ્રતા ઋણ હોઈ શકે નહિ, તેથી આપણે બીજા ઉકેલને દૂર કરી શકીએ. જો આપણે H+ ની સંતુલન સાંદ્રતા મેળવવા માટે x ની પ્રથમ કિંમત મૂકીએ અને pH ની ગણતરી કરીએ, તો આપણને મળે:
pH=log[H+]=log[6.3×108+x]=log[6.3×108+7.3×108]=log[1.36×107]=6.87
તેથી આપણે જોઈ શકીએ કે આપણે પાણીના ઓટોઆયનીકરણનો સમાવેશ કરીએ છીએ, આપણા ખુબ મંદ HCl દ્રાવણ પાસે pH છે જે નિર્બળ એસિડિક છે. વાહ!

સારાંશ

  • પાણી H3O+ અને OH આયન બનાવવા માટે ઓટોઆયનીકરણ પ્રક્રિયા કરી શકે.
  • 25C. આગળ પાણીના ઓટોઆયનીકરણ માટે સંતુલન અચળાંક, Kw, 1014 છે.
  • તટસ્થ દ્રાવણ માટે, [H3O+]=[OH]
  • એસિડિક દ્રાવણ માટે, [H3O+]>[OH]
  • બેઝિક દ્રાવણ માટે, [OH]>[H3O+]
  • 25C આગળ જલીય દ્રાવણ માટે, નીચેનો સંબંધ હંમેશા સાચો છે:
Kw=[H3O+][OH]=1014
pH+pOH=14
  • ખુબ જ વધુ મંદ ઍસિડ અને બેઈઝ દ્રાવણ માટે [H3O+] અને [OH] માં પાણીના ઓટોઆયનીકરણનો ફાળો અસરાકારક બની જાય છે.