Ионное произведение воды. Водородный показатель. Шкала рн и рон.

Одним из наиболее часто используемых растворителей является вода, поэтому при различных расчетах используется ионное произведение воды.

Вода является очень слабым электролитом, но тем не менее ее молекулы также диссоциируют на ионы. Рассмотрим обратимую реакцию (реакция автопротолиза воды):

НОН «Н⁺ + ОН^- или НОН + НОН = Н₃О⁺ + ОН^-

Н₃О⁺ - ион гидроксония.

или ; К_д = 1,86∙10^-16.

Найдем ионное произведение воды.

[Н⁺][ОН^-]= K_W= K_д[НОН]; [HOH] = 1000/18 =55,5 моль/л.

[Н⁺][ОН^-]= 1,86∙10^-16 ∙55,5=10^-14.

[Н⁺][ОН^-]= 10^-14

lg[H⁺] + lg[ОН^-] = -14

-lg[H⁺] - lg[ОН^-] = 14

Отрицательный логарифм некоторой величины М в химии принято обозначать рМ, где М – концентрация тех или иных ионов без указания их заряда, некая константа и т. д.

рН + рОН = 14.

В чистой воде, не содержащей растворенных веществ, [H⁺] = [ОН^-].

[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7; [H⁺]² = 10^-14; [H⁺] = 10^-7 и рН = 7.

рН – называют «водородным показателем». Зная рН раствора, легко найти его рОН и наоборот.

Тогда. Следовательно в водных растворах для нейтральной среды рН = 7. Тогда шкала рН в водных средах имеет вид

Рис. Шкала рН в водных растворах.

Это не значит, что рН кислых растворов не может быть меньше нуля, а щелочных – больше 14. Возможно и то, и другое. В сильнокислых средах рН < 0, в щелочных – рН > 14.

Если растворитель – этиловый спирт то

2 С₂Н₅ОН «С₂Н₅ОН₂⁺ + С₂Н₅О^-

этаксоний-ион этаксил-ион

К_д = .

Ионное произведение сольвата [С₂Н₅ОН₂⁺][С₂Н₅О^-] = 10^-19.

[С₂Н₅ОН₂⁺] = [С₂Н₅О^-] =

0______ _____9,5____ ______19.

Если в качестве растворителя используется аммиак, то

2 NH₃«.

K_S = 10^-33

0______ _____16,5____ ______33.

Роль рН в биологических жидкостях организма

Синтез, распад и взаимопревращения (метаболизм) химических соединений в организме осуществляется с помощью белков-ферментов. Их насчитывается примерно 2 тысячи.

Ферменты наиболее активны в пределах узкой зоны рН и соответствуют области физиологических значений.

 

ферменты	рН
Крови ((холинэстераза, фосфатаза)	7,37
Слюны (амилаза)	6,9-7,8
Сока поджелудочной железы (липаза, трепсин)
Желудочного сока (пепсин)	1,5-2,5

Подсчитано, что в процессе метаболизма ежесуточно в организме образуется большое количество кислых продуктов. Это может привести к сдвигу рН крови, различных тканевых жидкостей мозга, печени, почек и др., что резко отразится на активности ферментов. Например, сдвиг рН крови на 0,4 единицы приводит к летальному исходу, рН слюны меньше 5 единиц способствует развитию кариеса.

Постоянство рН различных биологических жидкостей обеспечивается благодаря наличию в организме многочисленных регулирующих систем: легкие, кишечник, почки, кожа и др.

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Буферными растворами называются растворы, сохраняющие неизменными значения рН, при разбавлении или добавлении в них небольшого количества сильной кислоты и щелочи.

Буферные растворы.

Для поддержания определенной величины pH в исследуемом растворе пользуются буферными системами. Это растворы, которые способны сохранять величину pH сравнительно постоянной при введении в раствор дополнительных объемов кислоты или щелочи.

Если в раствор сильной кислоты вводить соответствующий объем раствора щелочи, то в результате реакции концентрация H⁺ будет быстро снижаться, а величина pH расти. В ряде случаев это неприемлемо.

При многократном разведении раствора сильной кислоты или щелочи концентрация pH-определяющих ионов будет быстро изменяться. Для замедления этого изменения также используют буферные растворы.

Буферными обычно являются растворы, которые в качестве компонентов содержат слабую кислоту и ее соль или слабое основание и его соль, а также смеси солей многоосновных кислот различной степени замещения.

 

Состав буферной смеси (1:1)	Название смеси	pH
HCOOH + HCOONa	Формиатная смесь	3,8
CH3COOH + CH3COONa	Ацетатная смесь	4,7
NaH2PO4 + Na2HPO4	Фосфатная смесь	6,6
NH4OH + NH4Cl	Аммиачная смесь	9,25

 

Способность буферных систем поддерживать постоянство pH основана на том, что одна составная часть буферной системы может взаимодействовать с ионами H⁺, а другая – с ионами OH^-. Вследствие чего буферная смесь может связывать как ионы водорода, так и гидроксил-ионы приливаемых кислот и оснований, и до определенного предела сохранять постоянство величины pH.

Буферная емкость характеризует количество моль-эквивалентов сильной кислоты или сильного основания, которые нужно добавить к 1л буферного раствора, чтобы изменить его pH на единицу. Буферная емкость тем выше, чем выше концентрация компонентов буферного раствора и чем ближе соотношение концентраций компонентов буферного раствора к единице.