Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Ионное произведение воды. Понятие о рН как показателе реакции среды.

Вода является средой, в которой протекают самые разнообраз­ные химические процессы. Она обладает хорошей растворяющей способностью и вызывает электролитическую диссоциацию многих растворенных в ней веществ. Более того, химически чистая вода сама является слабым электролитом и подобно кислотам, основа­ниям и солям частично диссоциирует на ионы:

Ионы водорода легко гидролизуются, образуя ионы гидроксония Н3О+, которые в дальнейшем изложении мы ради простоты будем обозначать как Н+.

Тщательно очищенная вода, как показал Кольрауш, обладает очень незначительной электрической проводимостью. Константа электролитической диссоциации воды, выражаемая согласно зако­ну действующих масс уравнением

4.48

при 295К составляет 1,8·10-16, а степень диссоциации 1,7·10-9. Учитывая столь незначительную степень диссоциации воды (из 555 млн. молекул ее только одна диссоциирует на ионы), концен­трацию недиссоциированных молекул можно приравнять к общему количеству воды и считать ее постоянной величиной, т. е. [Н2О] = const.

В связи с этим уравнение (4.48) можно представить в виде

4.49

где Квионное произведение воды.

Поскольку в литре воды находится 1000/18 = 55,6 моль H2O, то, подставляя это значение, а также численное значение константы диссоциации воды в уравнение (4.49), получим

4.50

Таким образом, в любом водном растворе при постоянной темпера­туре произведение концентраций (точнее, активностей) ионов во­дорода и гидроксид-ионов сохраняет вполне определенное, посто­янное значение, равное ионному произведению воды.

Здесь необходимо еще раз напомнить, что эта закономерность справедлива для очень разбавленных растворов, для которых ак­тивности практически равны аналитическим концентрациям. Для растворов электролитов обычных концентраций только величина произведения активностей ионов анон-, а не произведение кон­центраций [Н+][ОН-] является постоянной величиной, т. е.



4.51

В уравнении ионного произведения воды [Н+] или [ОН-] никогда не могут быть равными нулю, так как любая величина, умножен­ная на ноль, дает ноль. С другой стороны, если концентрация (активность) одного иона стремится к нулю, т. е. становится беско­нечно малой величиной, то в этом случае концентрация (актив­ность) другого иона должна быть бесконечно большой величиной, что не имеет никакого физического смысла. Однако если в воде будет растворена кислота и тем самым повысится содержание Н+ ионов, концентрация гидроксид-ионов должна понизиться так, чтобы сохранилось постоянное значение КВ, равное при 295 К всег­да 10-11. Совершенно аналогичное действие произойдет при введе­нии в раствор щелочи. От избытка гидроксид-ионов значение КВ должно остаться прежним. Иными словами, численное значение КВ не зависит от природы растворенного вещества, поскольку [Н+] и [ОН-] являются величинами сопряженными.

Опыт показывает, что диссоциация воды представляет собой эндотермический процесс, поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры равновесие будет сме­щаться в сторону образования ионов, что повлечет за собой уве­личение КВ,

при

Из курса неорганической химии известно, что все свойства, харак­терные для кислот, зависят от наличия в растворе ионов водорода Н+ (точнее, ионов гидроксония Н3О+), а свойства, характерные для щелочей, — от гидроксид-ионов ОН-. Поэтому растворы, в которых [Н+] = [ОН-], называются нейтральными; если [Н+]>[ОН-], раство­ры называются кислыми, и если [H+]<[OH-], то раствор щелочной.

Чистая вода имеет нейтральную реакцию, потому что в ней [Н+] = [ОН-] = √10-14 = 10-7 моль/л (при 295 К). Концентрации Н+, с которыми приходится иметь дело на практике, обычно выражаются весьма малыми величинами. Так, желудочный сок, являющийся са­мой кислой жидкостью организма человека, имеет концентрацию Н+ -ионов около 10-1 моль/л, концентрация Н+-ионов в слюне — око­ло 10-2 моль/л и т. д.

Как видим, характеризовать кислотность или щелочность рас­творов числами с отрицательными показателями степени (10-5, 10-12) практически неудобно. Поэтому реакцию водных растворов, показывающую степень их кислотности или щелочности, принято выражать не концентрацией (или активностью) ионов Н+ или ОН-, а так называемым водородным показателем рН.

Показатель водородных ионов (рН) впервые был предложен как условное обозначение в 1909 г. Зеренсеном (р — первая буква сло­ва potenz); он определяется общей формулой

4.52

адля разбавленных растворов

4.53

Следовательно, водородным показателем называют величину, чис­ленно равную отрицательному десятичному логарифму концентра­ции (или активности) водородных ионов, выраженной в моль на литр.

Для абсолютно чистой воды при 295 К рН = — lg 10-7 = 7. Для кислых растворов рН<7, а для щелочных рН>7.

Логарифмируя ионное произведение воды, т. е. уравнение (4.51), получим

Изменив знаки на обратные, запишем: —lg[H+]—lg[OH-] = =-lgl0-14. Учитывая, что —lg[H+] = pH, a —lg[OH-] = pOH, бу­дем иметь

Если —lgКв как постоянную величину обозначить через рКв, то выражение примет вид

    4.54

Зная концентрацию (активность) водородных ионов Н+ в рас­творе, можно определить водородный показатель (рН) и, наоборот, можно определить концентрацию Н+-ионов по известному значе­нию рН.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2021 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.