Вопрос 17

Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильные показатели (рН и рОН). Индикаторы. Расчет рН слабых электролитов.

Вода – очень слабый электролит. При комнатной температуре в химически чистой воде диссоциирует одна из десяти миллионов молекул.

Как для любого слабого электролита процесс диссоциации характеризуется своей константой равновесия Кр=[H+][OH-]/[H2O]

Но так как диссоциирует малая часть воды, то ее концентрация практически не изменяется, вносим ее под знак константы равновесия, произведение двух постоянных является величиной постоянной – ионное произведение воды (Kw). Kw=Kp[H2O]=[H+][OH-] Kw=[H+][OH-]

Kw не зависит от концентрации ионов Р+ и ОН= в растворе, зависит только от температуры, при 25 гр Kw=10^-7*10^-7=10^-14

Через Kw, зная концентрацию одного из ионов Н+ или ОН- - легко определить концентрацию другого иона: [ОН-]=Kw/[H+]

Для количественного отображения ионов Н+или ОН- в растворе ввели понятие водородного показателя рН (аналогично используют показатель гидроксильных ионов рОН)

рH=-lg[H+]

pOH=-lg[OH]

Если рН ~7, среда нейтральная, рН меньше 7 – кислая, больше 7 – щедочная.

Определим связь между рН и рОН. Для этого прологарифмируем выражение и умножим на (-1).

-lg[H+]-lg[OH]=14

Зная рН и рОН определяем основные концентрации ионов в растворе:

[H+]=10^-pH [OH]=10^-pOH

Индикаторы.

Вещества, изменяющие окраску раствора в зависимости от их среды. Индикаторы – сложные органические молекулы либо слабых кислот, либо слабых оснований.

HindH+ + Ind-

Действие основано на том, что их молекулярная и ионные формы поглощают видимый свет в разной спектральном диапазоне. При избытке в растворе ионов Н+ индикатор находится преимущественно в молекулярной форме (1 окр), при избытке ОН- преимущественно в ионной форме (другая окраска).

Индикаторы	Окраска кислая	Окраска нейтральная	Окраска щелочная
Лакмус	Красная	Фиолетовая	Синяя
Метилоранж	Красная	Оранжевая	Желтая
Фенолфталеин	Бесцветная	Бесцветная	Малиновая

Расчет рН слабых электролитов.

Слабые кислоты:

Ка – табличное значение

[H+]=альфа*Со

рН=-lg[H+]

Слабые основания

Kb – табличное значение

[OH-]=Альфа*Со

рОН=-lg[OH-]

pH=14-pOH

В случае слабых многоосновных кислот и слабых многокислотных оснований ход рассуждения остается абсолютно аналогичным, только в качестве констант диссоциации берут константу по первой ступени.

Вопрос 18

Буферные растворы. Расчет рН буферных систем.

Буферные системы представляют собой смеси раствора слабой кислоты и ее соли, слабого основания и его соли, смеси солей слабых многоосновных кислот.

Особенности данных растворов является то, что при прибавлении небольших количеств сильного основания или кислоты, рН практически не изменяется.

Механизм действия.

При проявлении в растворе избытка ионов Н+, они связываются, например, с ацетат-ионами, образующихся при диссоциации слабого электролита СН3СООН. При добавлении к раствору щелочи, избыток ионов ОН- нейтрализуется, например, присутствующей в растворе СН3СООН, образуя Н2О.

Главной характеристикой буферного раствора является их рН и буферная емкость.

Рассчитаем рН ацетатного буфера. Расчет основан на константе диссоциации уксусной кислоты.

СН3СООН CH3COO-+H+ Ka=[H+]{CH3COO]/[CH3COOH]

Выразим из уравнения концентрацию ионов [H+]: [H+]=Ka*[CH3COOH]/[CH3COO-]

Так как соль – сильный электролит, то CH3COONa диссоциирует практически полностью, и можно считать, что равновесная концентрация ацетат-ионов равна исходной концентрации соли в буферном растворе.

Как следует из уравнения, присутствие в растворе ацетат-ионов смещает равновесие в сторону образования молекул кислоты, то есть можно считать, что равновесная концентрация кислоты равно исходной концентрации в буферном растворе. Тогда уравнение можетбыть записано [H+]=Ka*Cкисл/Ссоли

Прологарифмируем уравнение и умножим на (-1): -lg[H+]=-lgKa-lgСк+lgСс

рН=рКа+lgСс/Ск (расчет рН буферного раствора слабой кислоты и ее соли) рКа=-lgКа – силовой показатель кислоты

Рассуждая аналогично, можно получить формулу для расчета рОН (использовать Кb). pKb=-lgKb – силовой показатель основания.

При разбавлении буферного раствора, рН не меняется.