Тема 1. Реакция среды

Химически чистая дистиллированная вода в незначительной мере электропроводна, причем электропроводность имеет ионный характер. Следовательно, вода диссоциирует на ионы.

Н ₂О Н⁺ + ОН^-

Н⁺ + ОН^-→ Н₃О⁺

ионы гидроксония

Для простоты изложения ионы гидроксония обозначаются – Н⁺.

Поскольку этот процесс является обратимым, к нему можно применить закон действия масс и найти выражение констан- ты диссоциации воды:

^, где К — константа диссоциации воды, равная 1,8  10^-16 при 22°С;

[Н₂О] — концентрация недиссоциированных молекул воды, которую вследствие ничтожно малой диссоциации воды можно считать постоянной и равной общему числу грамм-молекул воды в литре, то есть ;

[H⁺] и [ОН^-] —концентрация водородных и гидроксильных ионов в грамм-ионах на литр раствора.

Если перенести постоянные величины К и [Н₂О] по одну сторону равенства, то получается:

[Н⁺] [ОН^-] = К[Н₂0],

где произведение двух постоянных величин К и [Н₂О] также представляет собой постоянную величину, которую обозначают К_в (константа воды):

[Н⁺] [ОН^-] = К_в.

Таким образом, произведение концентрации водородных и гидроксильных ионов при данной температуре есть величина постоянная. Она называется ионным произведением воды. При 22°С ионное произведение воды К_в равно:

В дистиллированной воде концентрации водородных и гидроксильных ионов равны между собой:

[Н⁺] = [ОН^-] = г-ион/л.

Величина ионного произведения постоянна не только для воды, но и для любых разбавленных водных растворов, в том числе для растворов кислот и щелочей. Поэтому, зная концентрацию ионов Н⁺, легко найти концентрацию ОН^- и наоборот.

Например:

1. Если г-ион/л, то г-ион/л.

2. Если г-ион/л, то С_н⁺ = 10^-3 г-ион/л.

Основываясь на постоянстве ионного произведения воды, реакцию среды можно выразить только через концентрацию водородных ионов. Еще удобнее характеризовать реакцию среды при помощи водородного показателя рН.

Водородный показатель — это отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов:

рН = - lgC_H+

Если известна концентрация водородных ионов (С_Н⁺) раствора, легко вычислить рН его и, наоборот, зная рН, можно рассчитать С_Н⁺.

Пример 1. Найти рН раствора, концентрация водород- ных ионов которого С_Н⁺ = 0,001 = 10^-3 г-ион/л;

рН; = - lgC_H+ = - (-3) =3.

Пример 2. рН раствора = 5; найти С_Н+ = 10^-5 г-ион/л; (0,00001 г-ион/л).

Соотношения между С_Н⁺ и рН можно представить следующей схемой:

СН+	1	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	10-6	10-7
рН	0	1	2	3	4	5	6	7
Реакция среды	Сильнокислая				слабокислая			нейтраль- ная
СН+	10-8	10-9	10-10	10-11	10-12	10-13	10-14
рН	8	9	10	11	12	13	14
Реакция среды	слабощелочная			сильнощелочная

Таким образом, в нейтральной среде С_Н⁺ = С_ОН^- ; рН = 7;

в кислой среде С_Н⁺ > С_ОН^-; рН < 7;

в щелочной среде С_Н⁺ < С_ОН^-; рН > 7.

Для определения реакции среды в растворах и биологическом материале используют 2 метода — колориметрический и электрометрический.

Колориметрический метод основан на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора со стандартом (эталон), величина рН которого известна. Окрашивают растворы с помощью индикаторов - слабые органические кислоты (реже - слабые основания), ионы которых имеют одну окраску, а недиссоциированные молекулы - другую. Диссоциация же индикаторов зависит от реакции среды. Поэтому по их окраске можно определить рН среды.

В анализах используют бумажки, пропитанные индикаторами и растворы индикаторов.