Вопрос 5 Электролитическая диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Среда водных растворов электролитов. Индикаторы.
электролитическая диссоциация - Еще одно свойство воды, т.е. распад молекул на заряженные частицы называемые ионами. При распаде одной молекулы воды образуется два иона; катион (положительно заряженный ион) водорода и анион (отрицательно заряженный ион) гидроксид:
H2O = H+ + OH−
Данный процесс является обратимым, т. е. протекает как в прямом, так и в обратном направлениях. В результате этого обратимого процесса устанавливается равновесное состояние. При равновесии число молекул, распадающихся на ионы, равно числу молекул, образующихся из ионов.
Вещества, распадающиеся на ионы, называются электролитами. К ним относится вода. В дальнейшем мы расскажем и о других электролитах.
Ионное произведение воды — произведение концентраций ионов водорода Н+ и ионов гидроксила OH− в воде или в водных растворах.
Водородный показатель pH – это величина, характеризующая содержание ионов водорода в растворе.
вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активности водородных ионов, выраженной в молях на литр:
Среда водных растворов электролитов - Среду любого водного раствора можно охарактеризовать содержанием ионов водорода H+ или гидроксид-ионов OH –.
Водные растворы могут иметь нейтральную, щелочную и кислотную среды.
Нейтральная среда – это среда, в которой число ионов водорода равно числу гидроксид-ионов.
Кислотная среда – это среда, в которой число ионов водорода больше числа гидроксид-ионов.
Щелочная среда – это среда, в которой число ионов водорода меньше числа гидроксид-ионов.
Качественно реакцию среды водных растворов электролитов определяют с помощью индикаторов.
Индикаторы – это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора.
Таким образом:
при pH = 7 среда нейтральная
при pH < 7 среда кислотная
при pH > 7 среда щелочная.
Значение pH раствора определяют с помощью универсального индикатора.
Универсальный индикатор – это смесь нескольких индикаторов, изменяющих окраску в широком интервале значений pH.
Вопрос 6
Кислоты. Для кислот характерны следующие общие свойства:
а) способность взаимодействовать с основаниями с образованием солей;
б) способность взаимодействовать с некоторыми металлами с выделением водорода;
в) способность изменять цвета индикаторов, в частности, вызывать красную окраску лакмуса;
г) кислый вкус.
При диссоциации любой кислоты образуются ионы водорода. Поэтому все свойства, которые являются общими для водных растворов кислот, мы должны объяснить присутствием гидратированных ионов водорода. Это они вызывают красный цвет лакмуса, сообщают кислотам кислый вкус и т. д. С устранением ионов водорода, например при нейтрализации, исчезают и кислотные свойства. Поэтому теория электролитической диссоциации определяет кислоты как электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода.
У сильных кислот, диссоциирующих нацело, свойства кислот проявляются в большей степени, у слабых — в меньшей. Чем лучше кислота диссоциирует, т. е. чем больше ее константа диссоциации, тем она сильнее.
Основания. Водные растворы оснований обладают следующими общими свойствами:
а) способностью взаимодействовать с кислотами с образованием солей;
б) способностью изменять цвета индикаторов иначе, чем их изменяют кислоты (например, они вызывают синюю окраску лакмуса);
в) своеобразным «мыльным» вкусом.
Поскольку общим для всех растворов оснований является присутствие в них гидроксид-ионов, то ясно, что носителем основных свойств является гидроксид-ион. Поэтому с точки зрения теории электролитической диссоциации основания — это электролиты, диссоциирующие в растворах с отщеплением гидроксид-ионов.
Сила оснований, как и сила кислот, зависит от величины константы диссоциации. Чем больше константа диссоциации данного основания, тем оно сильнее.
Амфотерность (двойственность) – способность некоторых веществ в зависимости от условий проявлять либо кислотные, либо основные свойства.
Амфотерные гидроксиды – электролиты, образующие при диссоциации одновременно катионы Н+ и анионы ОН–:
Амфотерные гидроксиды в кислой среде ведут себя как основания, а в щелочной – как кислоты.
У амфотерных гидроксидов (от греч. amphoteros – и тот и другой) диссоциация может одновременно протекать как с отщеплением ионов водорода, так и с отщеплением гидроксид-ионов, т.е. и по кислотному, и по основному типу.
Схема диссоциации амфотерных гидроксидов:
М++
OH– 
МOH
= HМO
H++
МO–.
Амфотерные гидроксиды в кислой среде ведут себя как основания, а в щелочной среде – как кислоты.
Направленность реакций в растворах электролитов
По направлению протекания процесса реакции подразделяются на необратимые, которые протекают только в прямом направлении и завершаются полным превращением реагентов в продукты: AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3, Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O и обратимые реакции, которые протекают одновременно в прямом и обратном направлениях, при этом реагенты превращаются в продукты лишь частично (т.е. реакции не идут до конца слева направо): CH3COONa + H2O <-> CH3COOH + NaOH Необратимость химической реакции подчёркивается в уравнении знаком равенства (=) между формулами реагентов и формулами продуктов, а обратимость реакции – специальным знаком – противоположно направленными стрелками. Направленность реакций в растворах электролитов может определяться удалением продукта реакции из раствора (например, при осаждении одного из продуктов реакции или выходе газообразного продукта), а также при изменении условий протекания реакции (температуры, давления и т.д.). Реакции между ионами в растворах электролитов идут практически до конца в сторону образования осадков, газов и слабых электролитов. Следовательно, реакции идут с образованием веществ с меньшей концентрацией ионов в растворе в соответствии с законом действующих масс. Скорость прямой реакции пропорциональна произведению концентраций ионов реагирующих компонентов, а скорость обратной реакции пропорциональна произведению концентраций ионов продуктов. Но при образовании газов, осадков и слабых электролитов ионы связываются (уходят из раствора) и скорость обратной реакции уменьшается.