- •Теория растворов
- •Растворимость
- •Растворимость газов, жидкостей и твердых веществ в воде
- •Свойства растворов. Осмос. Упругость пара
- •Электролитическая диссоциация
- •Степень и константа диссоциации
- •Диссоциация воды
- •Активная реакция воды. Шкала кислотности и основности
- •Определение рН растворов
- •Санитарно-химический анализ природных вод
- •Физические показатели качества воды
- •Бактериальное загрязнение воды
- •Микробиология
- •Строение, питание, дыхание микроорганизмов
- •Влияние внешних условий на развитие микроорганизмов
- •К физическим относятся:
- •К химическим факторам относятся:
- •Биологические факторы
- •Очистка сточных вод с помощью микроорганизмов
- •Аэробные процессы очистки воды
- •Анаэробные методы
- •Вопросы к экзамену по курсу «химия воды» Для студентов специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение»
Диссоциация воды
Чистая воды в минимальной степени, доступной только очень чувствительным измерениям, проводит электрический ток и, следовательно, должна подвергаться диссоциации. Эта диссоциация протекает по уравнению:
Н2О ↔ Н+ + ОН–
В водной среде диссоциация воды происходит в незначительной степени. В чистой воде на один ион водорода и один ион гидроксила приходится 554 миллиона молекул воды. Степень диссоциации, равная отношению числа молекул диссоциированных на ионы к общему числу молекул составляет:
Поскольку все концентрации в выкладках, относящихся к закону действия масс, всегда выражают числом молей в литре, то концентрация воды выразится числом [Н2О] = 997/18,0 = 55,4, где 997 – масса одного литра воды при температуре 25 градусов Цельсия, а 18,0 – молекулярный вес воды.
Подставляя в уравнение для константы диссоциации концентрацию воды [Н2О] = 55,4 и концентрацию ионов водорода и гидроксила
[Н+] = [ОН-] = 1,8∙10-9∙55,4 ≈ 10-7, находим, что
Величина КW = [Н+] ∙ [ОН-] ≈ 10-14 называется ионным произведением воды.
Активная реакция воды. Шкала кислотности и основности
Диссоциация кислот является источником водородных ионов в растворе, а диссоциация оснований – ионов гидроксила. Поэтому наилучшей объективной мерой кислотности водного раствора служит значение концентрации гидратированных ионов водорода присутствующих в растворе, а мерой основности является концентрация ионов гидроксила. В водных растворах концентрации обоих этих ионов жестко связаны между собой постоянным при данной температуре значением ионного произведения воды КW. Понижение концентрации ионов водорода ведет к повышению концентрации ионов гидроксила. И наоборот понижение концентрации ионов гидроксила ведет к повышению концентрации ионов водорода. Поэтому значение одной из этих концентраций достаточно для характеристики системы.
В чистой воде концентрация ионов водорода равна концентрации ионов гидроксила. Это равенство принимают за характеристическую черту нейтрального раствора. Из значения ионного произведения воды следует, что при температуре 25 градусов в нейтральном растворе
[Н+] = [ОН-] = √КW = 10-7
Если концентрация ионов водорода превышает концентрацию ионов гидроксила, например из-за присутствия в растворе кислоты, то говорят, что раствор кислый. Когда концентрация ионов гидроксила превышает концентрацию ионов водорода, раствор называют основным или щелочным.
Использовать таким образом выраженные концентрации неудобно, более удобно концентрацию водородных (или гидроксильных) ионов выражать в логарифмических единицах. Принимая во внимание, что при потенциометрическом измерении значение потенциала линейно связано с логарифмом концентрации ионов водорода, ученый Сёренсен в 1909 году предложил в качестве меры кислотности растворов отрицательный логарифм концентрации водородных ионов и назвал его рН.
рН = – lg [Н+]
Логарифмируя КW получим:
lg KW = lg[H+] + lg[OH-] = lg 10-14 , или
рН + рОН = 14.
Таким образом, зная рН модно легко вычислить рОН и наоборот.
Основная шкала рН охватывает 14 единиц: от 0 до 14. Этот интервал имеет практическое значение. Принципиально могут существовать концентрированные растворы сильных, полностью диссоциированных кислот в которых рН будет иметь отрицательное значение.
Так же могут существовать растворы с рН ≥14.