4. Иллюстративный материал:

Таблица 1. Рассчитанные приближенные величины коэффициентов

aктивности f ионов с зарядом z в водных растворах при комнатной

температуре и различных значениях ионной силы раствора I_c

Ic	f
	z=l	z = 2	z = 3	z = 4	z = 5	z = 6
0.05 0.1 0,5 1,0	0,84 0,81 0,84 0,99	0,50 0,44 0,50 0,96	0,21 0,16 0,21 0,91	0,062 0,037 0,062 0,85	0,013 0,0058 0,013 0,78	0,0019 0,00060 0,0020 0.6 9

5. Литература:

Основная: 1, 2, 3, 4, 5.

Дополнительная: 7, 8.

6. Контрольные вопросы:

• Закон действующих масс.

• Теория слабых электролитов. Константа и степень диссоциации.

• Основные положения теории сильных электролитов.

• Активность ионов, ионная сила раствора, законы Дебая и Хюккеля.

• Шкала рН водных растворов электролитов.

• Основные типы химических равновесий, применяемых в анализе.

1. Лекция 4. Применение здм к кислотно-основным равновесиям. Протолитическая теория растворов. Расчет рН и рОн сильных и слабых кислот и оснований.

2. Цель лекции: Дать понятие о протолитической теории растворов. Рассмотреть применение ЗДМ к кислотно-основным равновесиям.

3. Тезисы лекции: Согласно протолитической теории кислот и основаниий Бренстеда-Лоури кислота является донором протона, а основание − акцептором протона; кислоты и основания существуют как сопряженные пары; протон Н⁺ в водном растворе не существует, а образует ион Н₃О⁺. Т.о., кислота − это вещество, выделяющее при иони­зации протоны, а основание − вещество, присоединяющее протоны. В рамках этой теории кислотами и основаниями могут быть катионы, анио­ны или нейтральные молекулы. Вещества − переносчики протонов называют протолитами.

Рассмотрим, следуя протолитической теории Бренстеда-Лоури, процесс обратимого перехода одноосновной кислоты в однокислотное основание в растворе:

(1.1)

Здесь НВ и В^- являются соответственно кислотой и основанием, причем они называются сопряженными кислотой и основанием.

Реакциями протолиза называют реакции кислот или основа­ний с растворителем с участием протонов.

Прототропными называют такие реакции, в которых переносчика­ми протонов служат не молекулы воды, а частицы других веществ.

Вещества, способные как присоединять, так и отдавать протоны, на­зываются амфолитами. Примерами амфолитов могут служить вода, гидрокарбонат-ион HCO₃^-.

В самой жидкой воде устанавливается протолитическое равновесие (автопротолиз воды):

или Н₂О ↔ Н⁺ +ОН^- (1.2)

Процесс диссоциации воды описывается константой химического рав­новесия

_(1.3)

При постоянной температуре константа химического равнове­сия постоянна: К_с = const. Концентрация воды в чистой воде также посто­янна и равна 55,55 моль/л, т. е. [Н₂О]² = const. Произведение К_с[Н₂О] = const =K_w. Тогда для автопротолиза воды имеем:

K_w = [Н₃О⁺][ОН^-] или K_w = [Н⁺][ОН^-] (1.4)

Величина K_w, называется константа автопротолиза воды или ион­ное произведение воды. Она постоянна при постоянной температуре. При повышении температуры степень ионизации жидкой воды уве­личивается и значение K_w, растет.

В растворах слабых электролитов устанавливается равновесие между ионами и непродиссоциированными молекулами.

Для диссоциации слабой од­ноосновной кислоты уравнение протолиза имеет вид:

HB + H₂O↔B^- +H₃O⁺,

тогда истинной термодинамической константой К этого равновесия будет

(1.5)

Так как a (Н₂O) = const , тогда

(1.6) или (1.7)

где все концентрации − равновесные. Здесь величина К_а называется кон­стантой кислотной диссоциации или константой кислотности.

Для многих слабых кислот числовые значения К_а очень малы, по­этому вместо величины К_а применяют силовой показатель рК_а: рК_а = - lg K_a (1.8)

Чем больше К_а (т. е. чем меньше рК_а ), тем сильнее кислота.

Аналогично из уравнения протолиза основания в воде выводится константа основности. Для ионизации однокислотного слабо­го основания В в водных растворах можно записать:

Если степень ионизации основания α « 1, то за константу данного хи­мического равновесия можно принять концентрационную константу

(1.9)

Величина К_b называется константой диссоциации слабого однокислотного основания или просто константой основности этого основания, а величина

(1.10)

силовым показателем константы основно­сти.

Для воды: pK_w = pK_a + pK_b