ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Ионное произведение воды. Водородный показательКислотно-основное равновесие в водных растворах Большинство химических реакций протекает в растворах. Среди растворителей исключительное место занимает вода. Это обуслов-лено ее уникальными свойствами, не присущими другим раство-рителям. Так, многие вещества в воде являются сильными электро-литами. Ионизирующая способность воды связана с высоким значе-нием диэлектрической проницаемости (ε = 81) и сольватирующей (гидратирующей) активностью. В этой связи полезно рассмотреть закономерности процессов, протекающих в водных растворах. Ионное произведение воды. Водородный показатель Вода относится к очень слабым амфотерным электролитам. Чистая вода в незначительной степени диссоциирует на ионы: H2O ⇄ Н+ + ОН-. В водном растворе ионы водорода не существуют в свободном состоянии, а образуют ионы гидроксония Н3О+. Поэтому более строгой является следующая запись процесса диссоциации воды: 2H2O ⇄ Н3O+ + ОН-. Однако для простоты пишут Н+. Применяя закон действующих масс, можно написать:
В чистой воде, и в разбавленных водных растворах кислот, гидроксидов и солей активность ионов (а) практически не отличается от концентрации, поэтому:
Так как степень диссоциации воды незначительная, то равновесную концентрацию недиссоциированных молекул воды [Н2О] можно считать постоянной и объединить ее с (H2O) в одну величину :
Константу K W, равную произведению концентраций ионов Н+ и ОН-, называют ионным произведением воды. Строго говоря, постоянной величиной является произведение не концентраций, а активностей ионов Н+ и ОН-:
Однако в разбавленных растворах, в которых коэффициенты активности близки к единице, этим различием при не очень точных расчетах можно пренебречь. Величина постоянна только при данной температуре. При увеличении температуры степень диссоциации воды возрастает (диссоциация воды ‑ процесс эндотермический), что приводит к повышению концентраций ионов Н+ и ОН-. Следовательно, повышение температуры увеличивает значение : при изменении температуры от 0 до 1000С оно возрастает приблизительно в 300 раз. (H2O) была определена методом электропроводности и при 220С ее величина составила 1,8×10-16. Этим же методом было установлено, что в одном литре воды (1000 г) на ионы диссоциирует 10-7 моль воды. Таким образом, из 55,6 моль , содержащихся в 1 л воды, только 10-7 моль находятся в диссоциированном состоянии. Следовательно:
Таким образом, при температуре 20-250С ионное произведение воды = 10-14, а показатель ионного произведения воды pK W = 14 (pK W = -lg K W = -lg10-14 = 14). Так как в чистой воде и в разбавленных водных растворах кислот, оснований и солей величина K W постоянная, то концентрации ионов Н+ и ОН- являются величинами сопряженными, т. е. зависящими друг от друга. Например, если в растворе при 20-250С [Н+] = 10-3 моль/л, то в этом же растворе: В чистой воде при диссоциации ее молекул образуется одинаковое количество ионов Н+ и ОН-, следовательно, при 20-250С: [H+] = [OH-] = 10-7 моль/л. В водных растворах различных соединений в зависимости от соотношения концентраций ионов Н+ и ОН– реакция среды может быть: нейтральная: [H+] = [OH-] = 10-7 моль/л; кислая: [H+] > [OH-], [H+] > 10-7 моль/л; [OH-] < 10-7 моль/л; щелочная: [H+] < [OH-], [H+] < 10-7 моль/л; [OH-] > 10-7 моль/л. На практике наиболее важное значение имеет активная реакция среды, определяемая активностью (концентрацией) ионов Н+ или ионов ОН-, содержащихся в данной среде (активная кислотность, активная щелочность). Активную кислотность принято характеризовать отрицательным десятичным логарифмом активности (концентрации) ионов водо-рода - водородным показателем (рН):
а для разбавленных растворов:
Водородный показатель (рН) - количественная характеристика активной кислотности. Для количественной характеристики активной щелочности применяют гидроксидный показатель (рОН):
а для разбавленных растворов:
Если выражение K W = [Н+]×[ОН-] прологарифмировать (записать отрицательный десятичный логарифм левой и правой части), то получим: , иначе говоря:
Так как при t0 = 20-250С pK W = 14 (K W = 10-14), то при этой температуре:
При помощи водородного показателя удобно выражать характер среды: нейтральная среда: рН = 7 (рН = рОН), кислая среда: рН < 7 (рН < рОН), щелочная среда рН > 7 (рН > рОН). Таким образом, увеличение концентрации ионов Н+ уменьшает рН (величина рОН при этом возрастает), а уменьшение концентрации ионов Н+ увеличивает рН (величина рОН при этом уменьшается). При сопоставлении значений pН разных растворов следует относить эти значения к одной и той же температуре. В растворах кислот различают: активную кислотность, потенци-альную кислотность и общую кислотность. Активная кислотность обусловлена наличием свободных ионов Н+ в растворе. Эта кислотность характеризуется определенным значением рН. Потенциальная кислотность обусловлена наличием ионов Н+, связанных в молекулах кислот. Общая кислотность - сумма активной ипотенциальной кислотностей. В разбавленных растворах кислот, полностью диссоциированных на ионы, общая кислотность практически равна активной кислотности. В растворах слабых кислот активная кислотность всегда меньше общей кислотности: CH3COOH ⇄ Н+ + CН3COO-. Шкала значений pH Таблица 3. Взаимосвязь концентраций ионов H+ и OH-.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|