- •Методические указания
- •1. Растворы неэлектролитов
- •1.1.Общие положения
- •1.2. Концентрация растворов
- •1.3. Идеальные растворы
- •1.4. Растворимость жидкости в жидкостях и
- •1.5. Понижение давления насыщенного
- •1.6. Температура кристаллизации разбавленных
- •1.7. Температура кипения разбавленных растворов
- •1.8. Осмотическое давление растворов неэлектролитов
- •2. Растворы электролитов
- •2.1. Электролитическая диссоциация
- •2.2. Обменные реакции в растворах электролитов
- •2.3. Диссоциация воды. Водородный показатель
- •2.4. Гидролиз солей
- •Методические указания
- •Гоувпо «Воронежский государственный
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.3. Диссоциация воды. Водородный показатель
Чистая вода плохо проводит электрический ток, но все же обладает измеримой электропроводностью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидрокид-ионы:
Н2О Н+ + ОН-
По величине электропроводности чистой воды можно вычислить концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в воде. При 25о С она равна 10-7 моль/л.
Напишем выражение для константы диссоциации воды:
К =
Перепишем это уравнение следующим образом:
[H+][OH-] = K [H2O].
Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то концентрация недиссоциированных молекул Н2О практически равна общей концентрации воды, т.е. 55,55 моль/л (1 л содержит 1000 г воды или 1000/18 = 55,55 молей). В разбавленных водных растворах концентрацию воды можно считать такой же. Поэтому, заменив в последнем уравнении произведение K [H2O] новой константой КВ, будем иметь:
[H+][OH-] = KB. (2.4)
Выражение (2.4) показывает, что для воды и разбавленных водных растворов при постоянной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная. Она называется ионным произведением воды.
В чистой воде при 25о С [H+] = [OH-] = 110-7 моль/л. Следовательно, при этой температуре
КВ = 10-710-7 = 10-14. (2.5)
Растворы, в которых концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются нейтральными растворами. В кислых растворах больше концентрация ионов водорода, в щелочных – концентрация гидроксид-ионов. Но в любом случае ионное произведение воды остается постоянным и равным 10-14.
Если, например, к чистой воде добавить столько кислоты, чтобы концентрация ионов водорода достигла величины 10-3 моль/л, то концентрация гидроксид-ионов составит:
[OH-] = моль/л.
Наоборот, если добавить к воде щелочи и повысить таким образом концентрацию гидроксид-ионов, например, до 10-5 моль/л, то концентрация ионов водорода составит:
[H+] = моль/л.
Эти примеры показывают, что если концентрация ионов водорода в водном растворе известна, то тем самым и определена и концентрация гидроксид-ионов. Поэтому как степень кислотности. Так и степень щелочности раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов водорода:
нейтральная среда [H+] = 10-7 моль/л;
кислая среда [H+] 10-7 моль/л;
щелочная среда [H+] 10-7 моль/л.
Кислотность или щелочность раствора можновыразить более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода использовать ее десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Эта величина называется водородным показателем и обозначается через рН:
pH = - lg [H+] (2.6)
Например, если [H+] = 10-5 моль/л, то рН = 5; если [H+] = 10-9 моль/л, то рН = 9 и т. д. Отсюда ясно, что в нейтральном растворе рН = 7. В кислых растворах рН 7, и тем меньше, чем кислее раствор. Наоборот, в щелочных растворах рН 7, и тем больше, чем больше щелочность раствора.
Для измерения рН существуют различные методы. Приближенно реакцию раствора можно определить с помощью специальных реактивов, называемых индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. В табл. 2.2. дана характеристика некоторых индикаторов
Таблица 2.2
Важнейшие индикаторы
Название индикатора |
Цвет индикатора в различных средах |
||
в кислой |
в нейтральной |
в щелочной |
|
Метиловый оранжевый |
Красный рН 3,1 |
Оранжевый 3,1 рН 4,4 |
Желтый рН 4,4 |
Метиловый красный |
Красный рН 4,2 |
Оранжевый 4,2 рН 6,3 |
Желтый рН 6,3 |
Фенолфталеин |
Бесцветный рН 8 |
Бледно-малиновый 8 рН 9,8 |
Малиновый рН 9,8 |
Лакмус |
Красный рН 5 |
Фиолетовый 5 рН 8 |
Синий рН 8 |
Для многих процессов величина рН имеет большое значение.Так, рН крови человека и животных имеет строго постоянное значение. Растения могут нормально произрастать лишь при значениях рН почвенного раствора, лежащих в определенном интервале, характерном для данного вида растения. Свойства природных вод, в частности их коррозионная активность, сильно зависят от их рН.