Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Kurs_obshchei_khimii.doc
Скачиваний:
492
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
5 Мб
Скачать
☆

7.6. Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель

Тщательно очищенная химически чистая вода имеет весьма незначительную электропроводность, которая объясняется наличием ионов, способных переносить электричество. Вода характеризуется ионной проводимостью. Процесс диссоциации воды протекает в две стадии:

1) Образование водородных и гидроксид - ионов:

H2O H+ + OH-

2) Гидратация водородного иона с образованием гидроксоний - иона:

H+ + H2OOH3+

Первая стадия этого процесса эндотермична, а вторая сильно экзотермична, поэтому практически все ионы водорода гидратированы и электролитическую диссоциацию воды сле-

дует изображать следующим уравнением:

2 H2O OH3++ OH-

Возможно присоединение и большего числа молекул воды к H+, поэтому пользуются упрощенной формулой.

При 220 Сстепень электролитической диссоциации воды равна1,8 ∙ 10-9, т.е. из555 000 000молекул воды диссоциирует только одна. Следовательно, вода является очень слабым электролитом и для описания процесса её электролитической диссоциации применим закон действия масс.

или или,

где - константа диссоциации воды. Активности могут быть заменены их концентрациями

[OH3+] [OH-] = [H2O]2

Т.к. практически [H2O] = const, то окончательно имеем[OH3+] [OH-] = K

Постоянная Kназываетсяионным произведением воды.Можно рассчитать эту величину для22 0С. В1 лводы, массой которого можно принять равной1000 г, находитсямолей воды.

Следовательно, концентрация гидроксоний - ионов и гидроксид - ионов в воде равна

[OH3+] = [OH-] = 55,5∙ 1,8∙ 10-9 = 1∙ 10-7 г-ион/л

Отсюда значение ионного произведения воды будет

[OH3+] [OH-]=10-7∙10-7=10-14 при 22 0С.

Эта величина возрастает с повышением температуры.

Водородный показатель. В зависимости от содержания в водных растворах электролитов ионовOH3+иOH-различают кислую, нейтральную и щелочную среды.

В соответствии с теорией электролитической диссоциации ионы OH3+или упрощенноH+являются носителями кислотных свойств, а ионыOH-- носителями основных свойств. Поэтому раствор будет нейтральным, когда[H+]=[OH-]=; кислым, когда[OH-] < [H+];и щелочным, когда[OH-] > [H+].

Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен специальный параметр - водородный показатель или рН. Водородным показателем, илирН, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм активности (концентрации) водородных ионов в растворе:рН = -lg aнилирН = - lg [H+]

Водородный показатель определяет характер реакции раствора:

Нейтральная среда [H+] = [OH-] = 10-7 г-ион/л рН = 7

Кислая среда [H+] > [OH-] > 10-7 г-ион/л рН < 7

Щелочная среда [H+] < [OH-] < 10-7 г-ион/л рН > 7

Величина рНимеет важное значение для понимания большинства процессов, протекающих в жидкой фазе, так как ионыH+иOH-непосредственно участвуют во многих из этих процессов. Кроме того, эти ионы являются гомогенными катализаторами многих реакций. ВеличинарНможет служить критерием силы кислоты или основания. В ряду кислот более сильной будет та, у которой при одинаковой молярной концентрации активность ионовH+будет выше (величинарНниже). Так,рН0,1 мрастворов уксусной и соляной кислот будут2,87и1,088соответственно. Для оснований подобная зависимость носит обратный характер.

В виду большого практического применения рНрастворов в настоящее время разработаны различные способы опре-

деления водородного показателя. С помощью растворов индикаторов, индикаторной бумаги и более точные - инструментальные с помощью рН- литров.

Индикатораминазываются вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от концентрации водородных ионов или гидроксид - ионов.

По химической природе индикаторы являются или слабыми кислотами или слабыми основаниями. В качестве индикаторов применяют такие соединении, у которых молекулы или ионы имеют различную окраску.

Например, кислотный индикатор. Диссоциация кислотного индикатора HIndможет быть представлена следующей схемой:

HIndH++Ind-

окраска 1 окраска 2

КHInd=

С увеличением кислотности раствора (повышением [H+]) равновесие смещается влево, т.е. наблюдается переход окраски2в сторону образования окраски1. Очевидно, чем резче отличаются эти окраски между собой и чем чувствительнее отзывается равновесие на изменение концентрации[H+], тем выше и чувствительность индикатора. Для каждого индикатора существует определенная область (интервалрН) перехода окраски (табл.1), которой может быть замечен визуально или с помощью приборов (колориметрический анализ).

Таблица 8

Индикаторы и интервалы рНперехода окраски.

Индикатор

Характер индикатора

Значение рНобласти перехода окраски

Окраска

Метиловый оранжевый (метилоранж) Лакмус фенолфталеин

при малых рН

при больших рН

основной кислотный щелочной

3,1 - 4,4

6 - 8

8,3 - 9,8

красная красная

бесцветная

желтая

синяя

малиновая

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]