7.8. Водневий показник рН. Індикатори

В ода, як слабкий електроліт, незначною мірою дисоціює на йони, що знаходяться в рівновазі з недисоційованими молекулами: Н₂О Н¹⁺ + ОН¹⁻ .

Константа йонізації (дисоціації) води:

К_йон.= 

може бути визначена за електролітичною провідністю, і при 22°С вона дорівнює 1,8 · 10⁻¹⁶.

Оскільки вода дуже слабкий електроліт, то рівноважна молярна концентрація недисоційованих молекул може бути прийнята рівною загальній кількості молей води в 1 дм³, тобто

с(Н₂О) =  = 55,56 моль/дм³ .

Тоді К_йон(Н₂О) = с(Н¹⁺)·с(ОН¹⁻) = 1,8 · 10⁻¹⁶ · 55,56 = 10⁻¹⁴.

Величина с(Н¹⁺)·с(ОН¹⁻) = 10⁻¹⁴ = К_w називається йонним добутком води.

Оскільки с(Н¹⁺) = с(ОН¹⁻),  то:

с(Н¹⁺) = с(ОН¹⁻) =  = 10⁻⁷ (моль/дм³).

Практично характеризувати кислотність середовища за концентрацією Гідроґен-іонів незручно, тому використовують величину від’ємного десяткового логарифму молярної концентрації Гідроґен-іонів, яку називають водневим показником рН: рН = –lg с(Н¹⁺)

Тоді для нейтрального середовища рН = –lg 10⁻⁷ = 7, для кислого середовища − рН < 7, для лужного − рН > 7. Аналогіч-ним чином реакція середовища може бути охарактеризована гідроксидним показником рОН: рОН = –lg с(ОН¹⁻).

Очевидно, що рН + рОН = 14, тобто рН + рОН = рК_w.

Для визначення рН середовища водного розчину вико-ристовують кислотно-основні індикатори, що являють собою слабкі органічні кислоти та основи, які мають різне забарвлення в дисоційованій і молекулярній формах. У якій з форм буде перебувати індикатор у розчині, зумовлюється кислотністю середовища. Зміна забарвлення найбільш поширених індикаторів подана у табл. 7.1.

Таблиця 7.1.

Забарвлення деяких індикаторів у різних середовищах

С ередовище Індикатор	рН=7 нейтральне середовище рОН=7	рН7 кисле середовище рОН>7	рН7 лужне середовище рОН<7
метиловий оранжевий	оранжевий	червоний	жовтий
фенолфталеїн	безбарвний	безбарвний	малиновий
Лакмус	фіолетовий	червоний	Синій
універсальний індикатор (паперовий)	жовтий	червоно-малиновий	синьо-зелений

Запитання для самоконтролю

1. Чим відрізняються між собою грубо дисперсні частинки, колоїди та справжні розчини ?

2. Які є способи вираження концентрації розчинів ?

3. Запишіть математичні вирази для визначення масової частки, молярної концентрації та молярної концентрації еквівалента розчиненої речовини.

4. Наведіть докази того, що процес розчинення є фізико-хімічним явищем, а не простим перерозподілом частинок.

5. Назвіть стадії процесу розчинення та теплові ефекти, якими вони супроводжуються.

6. Що таке добуток розчинності та як за його величиною вста-новити розчинність речовини (г/дм³) у насиченому розчині ?

7. Як залежить розчинність кристалічної речовини у воді від температури, тиску, присутності однойменних та інших йонів у розчині ?

8. Як впливають на розчинність газуватих речовин у воді зміна тиску та температури ?

9. Що таке процес електролітичної дисоціації? Під дією яких чинників він здійснюється ?

10. Що таке ступінь дисоціації слабких електролітів ? Виведіть математичний вираз закону розбавлення Оствальда.

11. Чим відрізняється активність від істинної концентрації розчину ? Чим обумовлена відмінність цих величин ?

12. Як залежить сила основи від радіусу та умовного заряду центрального атома ?

13. Як залежить сила кислоти від радіусу та умовного заряду центрального атома ?

14. Що таке водневий показник рН ? Чому рН нейтрального розчину рівний 7 ?

15. Як зв’язані між собою величини рН і рОН ?

16. Чому індикатори змінюють своє забарвлення в залежності від кислотності середовища ?

17. Як індикатори змінюють своє забарвлення у водних розчинах з різною кислотністю ?