Студенты Кембриджского университета выносили из практикума по органической химии натрий и кидали его в бак с водой, предназначенной для наполнения бассейна ботанического сада, в котором содержатся кувшинки виктория Круса. Когда растения начали погибать одно за другим, сотрудники сада отобрали пробы остатков воды из бака и провели их исследование, с ужасом обнаружив, что рН воды равен 12. Сколько граммов натрия было брошено студентами в бак, если объём воды в нём составляет 5000 литров? Ответ округлите целых. Исходный рН считайте равным 7.0.

Для решения этой задачи давайте сначала разберемся с тем, что значит изменение рН воды.

pH – это мера активности ионов водорода в растворе, и нормальный (нейтральный) pH равен 7. Когда pH равен 12, это указывает на щелочной раствор, содержащий высокую концентрацию гидроксид-ионов (OH⁻).

Изменение pH с 7 до 12 указывает на то, что раствор стал более щелочным. Мы можем рассчитать, сколько гидроксид-ионов образовалось в результате введения натрия (Na) в воду.

1. Определим, сколько OH⁻ требуется, чтобы добиться pH 12. \[ pOH = 14 - pH = 14 - 12 = 2 \] \[ [OH⁻] = 10^{-pOH} = 10^{-2} \text{ моль/литр} = 0.01 \text{ моль/литр} \]

2. Таким образом, общее количество OH⁻ в 5000 литрах воды: \[ n(OH⁻) = [OH⁻] \times V = 0.01 \text{ моль/литр} \times 5000 \text{ литров} = 50 \text{ моль} \]

3. Каждая молекула гидроксида натрия (NaOH) распадается на ионы натрия (Na⁺) и гидроксид-ион (OH⁻). Это значит, что для получения 50 моль OH⁻ нам нужно 50 моль NaOH.

4. Теперь найдем массу натрия. Молярная масса натрия (Na) равна 23 г/моль. Поскольку мы добавляли NaOH, мы также должны учесть, что каждый моль NaOH содержит один моль натрия. То есть, нам понадобится 50 моль Na.

5. Рассчитаем массу: \[ m = n \times M = 50 \text{ моль} \times 23 \text{ г/моль} = 1150 \text{ граммов} \]

Таким образом, студенты бросили в бак примерно 1150 граммов натрия.