Студенты Кембриджского университета выносили из практикума по органической химии натрий и кидали его в бак с водой, предназначенной для наполнения бассейна ботанического сада, в…

Для решения этой задачи сначала необходимо понять, как уровень pH связан с концентрацией ионов гидроксила (OH⁻) в воде. Уровень pH — это отрицательный логарифм концентрации ионов водорода (H⁺) в растворе:

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

Когда у нас есть pH 12, это означает, что:

\[ [OH^-] = 10^{-(14 - 12)} = 10^{-2} \, \text{моль/л} = 0.01 \, \text{моль/л} \]

Теперь, чтобы найти общее количество ионов OH⁻ в 5000 литрах воды, мы умножим концентрацию на объем в литрах:

\[ \text{Количество OH}^- = 0.01 \, \text{моль/л} \times 5000 \, \text{л} = 50 \, \text{моль} \]

Теперь определим, сколько натрия (Na) необходимо для достижения такого количества ионов OH⁻. Реакция между натрием и водой выглядит следующим образом:

\[ 2 \, \text{Na} + 2 \, \text{H}_2O \rightarrow 2 \, \text{NaOH} + \text{H}_2 \]

Каждый моль натрия производит 1 моль гидроксида натрия (NaOH), который полностью диссоцирует на Na⁺ и OH⁻ и, следовательно, один моль Na дает один моль OH⁻. Это значит, что нам нужно 50 моль Na для получения 50 моль OH⁻.

Теперь мы можем рассчитать массу натрия:

1. Молярная масса натрия (Na) составляет около 23 г/моль.
2. Следовательно, масса натрия, необходимая для получения 50 моль Na, будет:

\[ \text{Масса Na} = 50 \, \text{моль} \times 23 \, \text{г/моль} = 1150 \, \text{г} \]

Округляя до целых, студенты бросили в бак примерно 1150 граммов натрия.