Шкала рН
|
Кислая среда |
Нейтральная среда |
Щелочная среда | ||
|
Сильнокислая |
слабокислая |
|
слабощелочная |
слабощелочная |
|
–2 -1 0 1 2 3 |
4 5 6 |
7 |
8 9 10 |
11 12 13 14 |
рН водно-дисперсных систем зависит от состава примесей. Растворённые в воде кислоты, щёлочи и соли, подвергающиеся гидролизу, характеризуют рН среды.
Расчёт рН растворов, содержащих указанные компоненты, можно осуществлять с использованием следующих формул:
а) для растворов кислот
|
[H+] = C.α |
pH = -lg [H+] |
|
|
pH = -lg (C.α) |
|
|
|
где [H+] – концентрация катионов Н+ в растворе кислоты, моль/л;
C- концентрация кислоты, моль/л;.
α – степень диссоциации кислоты;
р – показатель (отрицательный десятичный логарифм от искомой величины);
рН – водородный показатель;
КК – константа диссоциации кислоты.
б) для растворов щелочей
|
[ОH−] = C.α |
pОH = -lg [ОH−] |
|
|
pОH = -lg (C.α) |
|
|
рН = 14 - рОН |
|
|
|
где [ОH−] – концентрация ионов ОH− в растворе щёлочи, моль/л;
C- концентрация щёлочи, моль/л;.
α – степень диссоциации щёлочи;
р – показатель (отрицательный десятичный логарифм от искомой величины);
рН – водородный показатель;
рОН – гидроксильный показатель;
КО– константа диссоциации основания.
в ) для растворов солей, гидролизующихся
- по катиону
|
|
|
|
|
|
где [H+] – концентрация катионов Н+, моль/л;
CСОЛИ - концентрация соли, гидролизующейся по катиону, моль/л;.
р – показатель (отрицательный десятичный логарифм от искомой величины);
рН – водородный показатель;
КВ – ионное произведение воды;
КО– константа диссоциации слабого основания, образующего соль, гидролизующуюся по катиону, по последней ступени.
по аниону
|
|
|
|
|
|
где [H+] – концентрация катионов Н+ , моль/л;
[ОH−] – концентрация ионов ОH− , моль/л;
CСОЛИ - концентрация соли, гидролизующейся по аниону, моль/л;.
р – показатель (отрицательный десятичный логарифм от искомой величины);
рН – водородный показатель;
рОН – гидроксильный показатель;
КВ – ионное произведение воды;
КК– константа диссоциации слабой кислоты, образующей соль, гидролизующуюся по аниону, по последней ступени.
В большинстве природных вод концентрация ионов Н+ обусловлена соотношением свободной углекислоты и гидрокарбонат-ионов, рН среды колеблется от 4,5 до 8,3.
На величину водородного показателя оказывают влияние повышенное содержание гуминовых кислот и содержание гидролизованных солей.
В сточных и загрязнённых поверхностных водах могут находиться свободные кислоты и щёлочи.
Гидролизу подвергаются растворённые в воде соли, в состав которых входят ионы слабых оснований и слабых кислот. В растворах солей, содержащих ионы слабых оснований, среда закисляется, а в растворах солей, содержащих ионы слабых кислот, среда защелачивается.
Общий вид уравнений реакций гидролиза солей в ионно-молекулярной и молекулярной формах по 1-ой ступени:
Katm Ann – условное формула соли
Katm Ann = mKatn+ + nAnm−
1. Гидролиз по катиону (подвергаются соли, образованные при взаимодействии слабого основания и сильной кислоты).
Katn+ + HOH = KatOH(n-1)+ + H+
2. Гидролиз по аниону (подвергаются соли, образованные при взаимодействии сильного основания и слабой кислоты).
Anm−+ HOH = HAn(m-1)− + OH−
3. Гидролиз по катиону - аниону (подвергаются соли, образованные при взаимодействии слабого основания и слабой кислоты).
Kat+ + An−+ HOH = KatOH + HAn
рН водно-дисперсных систем определяют колориметрическим и потенциометрическим методами. Колориметрические методы отличаются быстротой определения, но дают менее точные результаты, вследствие чего они чаще всего используются для предварительной ориентировочной оценки на месте отбора проб воды (в полевых условиях).
Колориметрические методы основаны на применении кислотно-основных индикаторов (рН-индикаторов), добавляемых в пробу воды в виде раствора или зафиксированных на индикаторных бумажках. рН-индикаторами являются слабые органические кислоты или основания, окраска которых зависит от рН-среды. В табл. 12 представлены наиболее используемые индикаторы с указанием окраски кислотной и щелочной форм, показателя константы диссоциации и области перехода индикатора.
Таблица 12