Диссоциация воды. Ионное произведение воды, рН и рОН.

Состояние динамического равновесия электрической диссоциации воды можно представить уравнением:

Н₂О = Н⁺ + ОН^-

Согласно этому, вода является типичным амфотерным соединением, т.к. при её диссоциации образуются ионы водорода – носители кислотных свойств и ионы гидроксида – носители щелочных свойств. Как видно из уравнения, концентрация Н⁺ = концентрации ОН^-. Но в растворах кислот, щелочей, солей концентрации могут изменяться:

а) в нейтральных растворах [H⁺] = [OH^-]

б) в кислых растворах [H⁺]> [OH^-]

в) в щелочных растворах [H⁺] <[OH^-]

Произведение концентрации ионов водорода и гидроксид-ионов называется ионным произведением воды. Опытным путем установлено, что

[H⁺] · [OH^-]» 10^-14 и обозначается

Кислотные и щелочные свойства водных растворов характеризуются с количественной стороны величиной концентрации ионов водорода или гидроксид-ионов.

В чистой воде и нейтральных водных растворах концентрации ионов равны, и поэтому: [H⁺] = [OH^-] =10^-7 моль/л

в кислой среде: [H⁺]> 10^-7 моль/л, а [OH^-] <10^-7

в щелочной среде: [H⁺] <10^-7 моль/л, а [OH^-]> 10^-7

10^-7=0,0000001

Обычно вместо величины [H⁺] применяют отрицательный десятичный логарифм этой величины, называемый показателем водородных ионов или водородным показателем рН, отрицательный десятичный логарифм [OH^-] называется показателем гидроксид-ионов рОН (гидроксидный показатель)

рН = - -

Следовательно,

в нейтральном растворе рН = рОН = 7

в кислой среде рН <рОН; рН <7

в щелочном растворе рН> рОН; рН> 7

Для определения среды водных растворов кислот, солей и оснований необходимо усвоить шкалу рН.

Если в анализируемом растворе рН = 5, то среда будет кислая, т.к. 5<7.

Если в анализируемом растворе рН = 13, то среда будет щелочная, т.к. 13>7.

рН + рОН = 14

Следовательно, если в растворе рН = 4, то рОН = 14 - 4 = 10

Для определения рН растворов используют:

1) индикаторы. Индикаторы реагируют на среду раствора, окрашиваясь при этом в определенные ему цвета. Наиболее распространенными индикаторами являются:

· метиловый оранжевый (красный – желтый)

· лакмус (красный – синий)

· фенолфталеин (бесцветный – красный)

· универсальный (универсальная индикаторная бумага) представляет собой полоску желтого цвета. При опускании её в раствор, она окрашивается в цвет, соответствующий среде раствора и определяемый по шкале.

 

2,0	Красно-розовая
3,0	Красно-оранжевая
4,0	Оранжевая
5,0	Желто-оранжевая
6,0	Лимонно-желтая
7,0	Желто-зеленая
8,0	Зеленая
9,0	Сине-зеленая
10,0	Фиолетовая

 

2) лабораторные рН-метры (потенциометры). Это оборудование физико-химических методов анализа.

Буферные растворы

При выполнении анализа часто возникает необходимость провести реакцию при определенном значении рН раствора, в этом случае используют буферные растворы.

Буферные растворы (или буферные системы) –это растворы, способные сохранять приблизительно постоянное значение рН при добавлении к ним небольших количеств сильных кислот или сильных оснований.

Рассмотрим два типа буферных растворов: растворы, содержащие слабую кислоту и ее соль, и растворы, содержащие слабое основание и его соль.

1. Буферный раствор, содержащий слабую кислоту и ее соль

Ацетатный буферный раствор-содержит слабую уксусную кислоты и ее соль ацетат натрия

CH₃COOH+CH₃COONa

рН=4,74

2. Буферный раствор, содержащий слабое основание и его соль

Аммиачный буферный раствор- водный раствор аммиака (слабое основание) и хлорид аммония (сильный электролит)

NH₄OH+NH₄Cl

рН=9,2