Диссоциация воды. Водородный показатель

Вода – очень слабый электролит, который частично диссоциирует на ионы, образуя гидроксид-ионы и ионы водорода.
Концентрация гидратированных ионов водорода и гидроксид-ионов в воде незначительная. При 220С она составляет 10-7 моль/л. Применяя к уравнению диссоциации воды закон действия масс, получим:

Степень диссоциации воды очень малая величина, поэтому количеством диссоциированных молекул пренебрегают. Поэтому, концентрацию недиссоциированных молекул можно считать постоянной величиной, её легко вычислить, разделив массу 1 л воды на молярную массу воды.

Таким образом, уравнение диссоциации можно записать:

[H⁺] · [OH^-] = [H₂O] · K (H₂O) = 55, 56 · 1,8·10^-16 = 1·10^-14

Это произведение называется ионным произведением воды. Обозначается І_ω = 10^-14

Ионное произведение воды – постоянная величина для чистой воді и водных растворов разных электролитов.

Bыражение ионного произведения воды имеет вид:

· Для нейтральных растворов:

· Для кислых растворов: [H⁺]>[OH^-]>10^-7моль/л;

· Для щелочных растворов: [H⁺]<[OH^-]<10^-7моль/л.

Водородный показатель рН – это десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода, взятый с противоположным знаком (показывает концентрацию ионов Н⁺ в растворе).

Водородный показатель рН – показывает концентрацию ионов Н⁺ в растворе:

рН = -lg [H⁺]

(термин введен биохимиком Соренсеном при разработке способов улучшения контроля за качеством пива).

Определить реакцию среды по значению рН в следующих растворах:

В состав желудочного сока входят кислоты разной силы, но его кислотность определяется только концентрацией ионов водорода. Поэтому непосредственное измерение рН желудочного сока и титрование дадут разные результаты.

рН сильных и слабых электролитов

Сильные электролиты Для сильной кислоты: рН = ‑ lg[Н+] Для сильного основания: рН = 14 – рОН · Гидроксильный показатель для растворов сильных электролитов: рОH = ‑ lg · Связь между водородным и гидроксильным показателями рH + рОH = 14 · Концентрацию ионов водорода можно вычислить: · Концентрацию гидроксид-ионов можно вычислить: [ОН-] = 10-рОН [ОН-] = Выводы: ü В растворе сильной кислоты: [Н+] = Скисл. ü В растворе сильного основания: [ОН-] = Соснов. ü диссоциация сильного электролита – необратимый процесс.

Слабые электролиты Для слабой кислоты: Ø Концентрацию ионов водорода в растворе слабой одноосновной кислоты вычисляют: , где Ккисл – константа диссоциации слабой кислоты; Скисл – концентрация слабой кислоты. Ø рН раствора слабой одноосновной кислоты можно вычислить: , рКкисл = ‑ lgKкисл; рСкисл = ‑ lgCкисл Ккисл и Скисл – константа ионизации и концентрация слабой кислоты. Для слабого основания: Ø Концентрацию ионов водорода в растворе слабого основания вычисляют по формуле: ; Ø рН раствора слабого основания вычисляют: рН = 14 – рОН, где рОН = ‑ lg [OH-]. [OH-] = ; рН= ‑ ½ рКосн.– ½ lgСосн Косн. и Сосн. – константа ионизации и концентрация слабого основания. Выводы: ü В растворе слабой кислоты: [Н+] < Скисл. ü В растворе слабого основания: [ОН-] < Соснов. ü диссоциация слабого электролита – обратимый процесс

Для практического использования чаще всего используют индикаторы.

Кислотно-основные индикаторы – это органические вещества (слабые кислоты или слабые основания), способные к взаимодействию с ионами водорода или гидроксид-ионами. Их свободные анионы имеют неодинаковую окраску по сравнению с нейтральными молекулами.

Диссоциация индикатора Н Іnd в водном растворе – равновесный процесс:

Н Іnd ↔ Н⁺ + Іnd^-

Введение кислоты или щёлочи способствует смещению равновесия в сторону образования ионов или недиссоциированных молекул, которые способствуют изменению окраски самого индикатора.

Краситель метиловый оранжевый (метилоранж, гелиантин) принадлежит к группе азокрасителей (монокраситель): Раствор метилового оранжевого используют в химии как индикатор. В щелочной и нейтральной среде метиловый оранжевый имеет жёлтую окраску, а в кислой – розово-красную.
метиловый оранжевый в щелочной среде (жёлтая окраска)

Изменение цвета связано с изменением распределения электронной плотности в молекуле красителя. Так, при переходе из щелочной в кислую среду происходит протонирование одного из атомов азота азогруппы красителя. При этом из азогруппы – N = N –образуется новая группа – NН ‑ N= и изменяется строение ядра фрагмента азокрасителя:

СН₃

HOSO₃ ‑ ─ NH ─ N ═ ═ N⁺ CI^-

СН₃

метиловый оранжевый в кислой среде (розово-красный цвет)

Поиск по сайту: