Вопрос 37

Диссоциация воды. Водородный показатель рН

Вода − слабый электролит, по упрощенной схеме ее диссоциацию можно представить следующим уравнением:

Н₂О Н⁺ + ОН⁻

В условиях равновесия константа диссоциации воды

К_д,с=

Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то концентрацию недиссоциированных молекул можно принять равной молярной концентрации жидкой воды. Поэтому при Т=const

[H⁺]⋅[OH⁻] = K_д,с[H₂O] =const.

Произведение концентраций ионов [H⁺] и [ОН⁻] называется ионным произведением воды и является постоянной величиной при неизменной температуре и при 298К составляет:

[H⁺]⋅[ОН⁻] = K(H₂O) = K_В = K_w = 10^-14 . (5)

Ионное произведение воды К_w увеличивается с ростом температуры, так как диссоциация воды -эндотермический процесс. (K_W(100⁰C) = 6⋅10^-13)

Для указания концентрации ионов водорода в растворе используют так называемый водородный показатель:

pH = -lg[H⁺], (6)

а для обозначения концентрации гидроксид-ионов − гидроксидный показатель:

pOH = -lg[ОН⁻] . (7)

При температуре 298 К

рН + рОН = 14, (8)

поэтому в чистой воде [H⁺] = [ОН⁻] = 1⋅10^-7 моль/л, следовательно,

рН = рОН = 7;

в кислотной среде [H⁺] > [ОН⁻], следовательно, рН < 7, а рОН > 7;

в щелочных растворах [H⁺] < [ОН⁻], поэтому рН > 7, а рОН < 7.

В случае растворов сильных электролитов вместо концентрации пользуются активностью. Поэтому при необходимости более точных расчетов в таких растворах следует вычислять не рН, а ра(Н⁺):

ра(Н⁺) = -lga(H⁺) = рН - lg γ (Н⁺).

ИНДИКАТОРЫ (от лат. indicator – указатель) – вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции. Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, которые изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора. Происходит это потому, что в кислой и щелочной среде молекулы индикатора имеют разное строение. Примером может служить распространенный индикатор фенолфталеин, который раньше использовали также в качестве слабительного средства под названием пурген. В кислой среде это соединение находится в виде недиссоциированных молекул, и раствор бесцветен, а в щелочной – в виде однозарядных анионов, и раствор имеет малиновый цвет). Однако в сильнощелочной среде фенолфталеин снова обесцвечивается! Происходит это из-за образования еще одной бесцветной формы индикатора – в виде трехзарядного аниона. Наконец, в среде концентрированной серной кислоты снова появляется красная окраска, хотя и не такая интенсивная. Ее виновник – катион фенолфталеина. Этот малоизвестный факт может привести к ошибке при определении реакции среды.

Кислотно-основные индикаторы — органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности (pH). Индикаторы широко используют в титровании в аналитической химии и биохимии. Их преимуществом является дешевизна, быстрота и наглядность исследования. Однако из-за субъективности определения цвета и невысокой точности индикаторы pH не всегда удобны; поэтому для точного измерения pH используют pH-метры с цифровой индикацией.