- •Электролитическая диссоциация Электролиты и неэлектролиты. Теория электролитической диссоциации
- •Общая характеристика электролитов
- •Слабые электролиты
- •Сильные электролиты
- •Диссоциация воды. Водородный показатель
- •Общая характеристика катионов II аналитической группы
- •Действие группового реактива hCl
- •Едкие щелочи (NaOh или koh)
Диссоциация воды. Водородный показатель
Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но всё же обладает измеримой электропроводностью, которая объясняется частичной диссоциацией молекул Н2О на ионы водорода и гидроксид-ионы:
Н2ОН++ ОН–
По величине электропроводности чистой воды можно вычислить концентрацию в ней ионов Н+и ОН–. При 25оС она равна 10-7моль/л.
Константа диссоциации Н2О рассчитывается следующим образом:
Перепишем это уравнение:
Следует подчеркнуть, что данная формула содержит равновесные концентрации молекул Н2О, ионов Н+и ОН–, которые установились на момент наступления равновесия в реакции диссоциации Н2О.
Но, поскольку степень диссоциации Н2О очень мала, можно считать, что концентрация недиссоциированных молекул Н2О в момент наступления равновесия практически равна общей начальной концентрации воды, т.е. 55,56 моль/дм3(1 дм3Н2О содержит 1000 г Н2О или 1000 : 18 ≈ 55,56 (молей). В разбавленных водных растворах можно считать, что концентрация Н2О будет такой же. Поэтому, заменив в уравнении (42) произведение двух постоянных величинновой константой(илиKW), будем иметь:
Полученное уравнение показывает, что для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение молярных концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная. Она называется иначе ионным произведением воды.
В чистой воде при 25оС. Поэтому для указанной температуры:
При увеличении температуры значении возрастает. При 100оС оно достигает 5,5 ∙ 10-13(рис. 34).
Рис. 34. Зависимость константы диссоциации воды Kw от температурыt (°С)
Растворы, в которых концентрации ионов Н+ и ОН– одинаковы, называются нейтральными растворами. В кислых растворах больше содержится ионов водорода, а в щелочных – гидроксид-ионов.Но какова бы ни была реакция среды в растворе, произведение молярных концентраций ионов Н+и ОН–останется постоянным.
Если, например, к чистой Н2О добавить некоторое количество кислоты и концентрация ионов Н+при этом увеличится до 10-4моль/дм3, то концентрация ионов ОН–соответственно понизится так, что произведениеостанется равным 10-14. Следовательно, в этом растворе концентрация гидроксид-ионов будет равна 10-14: 10-4= 10-10моль/дм3. Этот пример показывает, что если концентрация ионов водорода в водном растворе известна, то тем самым определена и концентрация гидроксид-ионов. Поэтому, реакцию раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов Н+:
нейтральный раствор
кислый раствор
щелочной раствор
На практике для количественной характеристики кислотности или щёлочности раствора используют не молярную концентрацию в нём ионов Н+, а её отрицательный десятичный логарифм. Эта величина называетсяводородным показателем и обозначается черезрН:
рН = –lg[H+]
Например, если , то рН = 2; если, то рН = 10. В нейтральном растворе рН = 7. В кислых растворах рН < 7 (и тем меньше, чем «кислее» раствор, т.е. чем больше в нём концентрация ионов Н+). В щёлочных растворах рН > 7 (и тем больше, чем «щелочнее» раствор, т.е. чем меньше в нём концентрация ионов Н+).
Для измерения рН раствора существуют различные методы. Очень удобно приблизительно оценивать реакцию раствора с помощью специальных реактивов, называемых кислотно-основными индикаторами. Окраска этих веществ в растворе меняется в зависимости от концентрации в нём ионов Н+. Характеристика некоторых наиболее распространённых индикаторов представлена в таблице 12.
Таблица 12.Важнейшие кислотно-основные индикаторы
Название индикатора |
Цвет индикатора в различных средах | ||
в кислой |
в нейтральной |
в щелочной | |
Метиловый красный |
красный рН < 4,2 |
оранжевый 4,2 < рН< 6,3 |
жёлтый рН >6,3 |
Фенолфталеин |
бесцветный рН <7 |
бесцветный 7 < pH < 8 |
малиновый рН >8 |
Лакмус |
красный рН < 5 |
фиолетовый 5< pH < 8 |
синий рН > 8 |
Из таблицы 12 следует, что с помощью индикаторов мы можем определить не точное значение рН раствора, а тот интервал, внутри которого это значение может лежать.
Существует также универсальный индикатор, с помощью которого можно определить приблизительное значение (с точностью до единицы) рН раствора в широком интервале от 0 до 14.
Для многих химических и биологических процессов величина рН раствора имеет большое значение. Так, рН крови человека имеет строго постоянное значение 7,36±0,04. Отклонение от него в ту или иную сторону даже на незначительную величину приводит к развитию в организме различных патологических (болезненных) процессов, которые могут завершиться летальным исходом или смертью. Растения нормально произрастают, если значение рН почвенного раствора лежит в определённом интервале, характерном для данного вида растения. От величины рН зависят и свойства природных вод, в частности, их коррозионная активность.