14.2. Сильные электролиты. Активность ионов
Электролиты, практически полностью диссоциирующие в водных растворах, называются сильными электролитами. К сильным электролитам относятся: большинство солей, которые уже в кристаллическом состоянии построены из ионов, гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов, некоторые кислоты (НCl, HBr, HI, HClO ,HNO ).
В растворах электролитов концентрация ионов довольно велика, так что силы межионного взаимодействия заметно проявляются даже при малой концентрации электролита. В результате ионы оказываются не вполне свободными в своем движении, и все свойства электролита, зависящие от числа ионов, проявляются слабее, чем следовало бы ожидать при полной диссоциации электролита на не взаимодействующие между собой ионы. Поэтому для описания состояния ионов в растворе пользуются, наряду с концентрацией, их активностью, т.е. условной (эффективной) концентрацией ионов, в соответствии с которой они действуют в химических процессах. Активность иона (моль/л) связана с его молекулярной концентрацией в растворе С соотношением:
= f C .
Здесь f - коэффициент активности иона (безразмерная величина).
Приближенно можно считать, что в разбавленных растворах коэффициент активности иона в данном растворителе зависит только от заряда иона и ионной силы раствора I, которая равна полусумме произведений концентрации С каждого иона на квадрат его заряда
I= 0,5 .
Приближенно, коэффициент активности иона в разбавленном растворе можно вычислить по формуле:
lg f = - 0,5
.
Задачи 48-49
Вычислить приближенное значение активности ионов:
Ва2+ и Cl в 0,002 н. растворе ВаСl .
Вычислить ионную силу и активность ионов в 0,1%-ном (по массе ) в растворе хлористого бария. Плотность раствора принять равной единице.
14.3. Ионнное произведение воды. Водородный показатель
Вода, будучи очень слабым электролитом, слабо диссоциирует на ионы водорода и гидроксид-ионы;
Н
О
Н
+
ОН¯.
В разбавленных водных растворах концентрация воды мало изменяется, так что ее можно считать постоянной величиной. Тогда выражение для константы диссоциации можно преобразовать следующим образом:
[H ] × [OH ] = K [H O] = KH2O.
Эта константа
представляет постоянную при данной
температуре величину и называется
ионным произведением воды. В чистой
воде концентрации ионов водорода и
гидроксид-ионов одинаковы и при 298 К
составляют 10
моль/л.
Отсюда следует, что при этих условиях
ионное произведение воды будет равно
.
Поскольку диссоциация воды - эндотермический
процесс, то с ростом температуры он
усиливается, а ионное произведение воды
возрастает.
Растворы, в которых концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются нейтральными растворами. Так, при 298 К в нейтральном растворе [H ] = [OH ]= 10 моль/л. В кислых растворах [H ] [OH ], в щелочных растворах [H ] [OH ].
Вместо концентраций ионов водорода и гидроксил-ионов удобнее пользоваться их десятичными логарифмами, взятыми с обратным знаком; эти величины обозначаются символами рН и рОН и называются соответственно водородным и гидроксильным показателями:
рН = - lg [ H ]; pOH = - lg [OH ].
Логарифмируя выражение для константы диссоциации и заменяя знаки на обратные, получим:
В частности, при 298К рН + рОН = 14. Тогда в нейтральных растворах рН=7, в кислых растворах рН меньше 7, в щелочных растворах рН больше 7.
ПРИМЕР 1. Концентрация ионов водорода в растворе равна 4 х 10 моль/л Определить рН раствора.
Решение. Округляя значение логарифма до 0,01, получим:
рН = -lg (4 × 10 ) = -(- 3+ 0,60)= 2,40.