Ток и напрежение на дисоциация на водата. Водна дисоциация

Чистата вода, макар и лоша (в сравнение с електролитните разтвори), може да провежда електричество. Това се дължи на способността на водната молекула да се разпада (дисоциира) на два йона, които са проводници на електрически ток в чиста вода (дисоциацията по-долу означава електролитна дисоциация - разпадане на йони):

Водородният индекс (рН) е стойност, която характеризира активността или концентрацията на водородните йони в разтворите. Водородният индекс се обозначава с pH. Водородният индекс е числено равен на отрицателния десетичен логаритъм на активността или концентрацията на водородни йони, изразен в молове на литър: pH=-lg[ H+ ] Ако [ H+ ]>10-7 mol/l, [ OH-]<10-7моль/л -среда кислая; рН<7.Если [ H+ ]<10-7 моль/л, [ OH-]>10-7mol/l - алкална среда; рН>7. Хидролиза на сол- това е химичното взаимодействие на солните йони с водните йони, което води до образуването на слаб електролит. едно). Хидролизата не е възможна Сол, образувана от силна основа и силна киселина ( KBr, NaCl, NaNO3), няма да претърпи хидролиза, тъй като в този случай не се образува слаб електролит. pH на такива разтвори = 7. Реакцията на средата остава неутрална. 2). Хидролиза при катиона (само катионът реагира с вода). В сол, образувана от слаба основа и силна киселина

(FeCl2,NH4Cl, Al2(SO4)3,MgSO4)

катионът претърпява хидролиза:

FeCl2 + HOH<=>Fe(OH)Cl + HCl Fe2+ + 2Cl- + H+ + OH-<=>FeOH+ + 2Cl- + Н+

В резултат на хидролизата се образува слаб електролит, Н + йон и други йони. рН на разтвора< 7 (раствор приобретает кислую реакцию). 3). Гидролиз по аниону (в реакцию с водой вступает только анион). Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой

(KClO, K2SiO3, Na2CO3,CH3COONa)

претърпява хидролиза от аниона, което води до образуването на слаб електролит, хидроксиден йон OH- и други йони.

K2SiO3 + HOH<=>KHSiO3 + KOH 2K+ +SiO32- + H+ + OH-<=>HSiO3- + 2K+ + OH-

pH на такива разтвори е > 7 (разтворът придобива алкална реакция).4). Хидролиза на ставите (както катион, така и анион реагират с вода). Солта, образувана от слаба основа и слаба киселина

(CH 3COONH 4, (NH4)2CO3, Al2S3),

хидролизира както катион, така и анион. В резултат на това се образуват слабо дисоциираща база и киселина. pH на разтворите на такива соли зависи от относителната сила на киселината и основата. Мярка за силата на киселина и основа е константата на дисоциация на съответния реагент. Реакцията на околната среда на тези разтвори може да бъде неутрална, слабо кисела или слабо алкална:

Al2S3 + 6H2O =>2Al(OH)3v+ 3H2S^

Хидролизата е обратим процес. Хидролизата протича необратимо, ако реакцията произвежда неразтворима основа и (или) летлива киселина

Чистата вода провежда електричество много лошо, но все пак има измерима електрическа проводимост, което се обяснява с малката дисоциация на водата на водородни йони и хидроксидни йони:

Електрическата проводимост на чистата вода може да се използва за изчисляване на концентрацията на водородни йони и хидроксидни йони във водата. Когато е равно на mol / l.

Нека напишем израз за константата на дисоциация на водата:

Нека пренапишем това уравнение, както следва:

Тъй като степента на дисоциация на водата е много малка, концентрацията на недисоциираните молекули във водата е практически равна на общата концентрация на водата, тоест 55,55 mol / l (1 литър съдържа 1000 g вода, т.е. mol). В разредени водни разтвори концентрацията на зода може да се счита за еднаква. Следователно, замествайки продукта в последното уравнение с нова константа, ще имаме:

Полученото уравнение показва, че за вода и разредени водни разтвори при постоянна температура продуктът на концентрат от водородни йони и хидроксидни йони е постоянна стойност.Тази постоянна стойност се нарича йонно произведение на водата. Неговата числена стойност може лесно да се получи чрез заместване на концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони в последното уравнение. В чиста вода при mol / l. Така че за определената температура:

Разтвори, в които концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони са еднакви, се наричат неутрални разтвори. При, както вече беше споменато, в неутрални разтвори концентрацията както на водородните йони, така и на хидроксидните йони е равна на mol / l. В киселинните разтвори концентрацията на водородните йони е по-висока, в алкалните разтвори концентрацията на хидроксидните йони. Но каквато и да е реакцията на разтвора, продуктът от концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони остава постоянен.

Ако, например, толкова много киселина се добави към чиста вода, така че концентрацията на водородните йони да се повиши до mol / l, тогава концентрацията на хидроксидните йони ще намалее, така че продуктът да остане равен. Следователно, в този разтвор концентрацията на хидроксидни йони ще бъде:

Напротив, ако добавим алкали към вода и по този начин увеличим концентрацията на хидроксидни йони, например до mol / l, тогава концентрацията на водородните йони ще бъде:

Тези примери показват, че ако концентрацията на водородните йони във воден разтвор е известна, тогава се определя и концентрацията на хидроксидните йони. Следователно, както степента на киселинност, така и степента на алкалност на разтвора могат да се характеризират количествено чрез концентрацията на водородни йони:

Киселинността или алкалността на разтвора може да се изрази по друг, по-удобен начин: вместо концентрацията на водородни йони се посочва неговият десетичен логаритъм, взет с противоположен знак. Последната стойност се нарича водороден индекс и се обозначава с:

Например, ако mol/l, тогава ; ако mol / l, тогава и т.н. От това става ясно, че в неутрален разтвор ( mol / l) . В кисели разтвори и колкото по-малко, толкова по-кисел е разтворът. Напротив, в алкални разтвори и колкото повече, толкова по-голяма е алкалността на разтвора.

Учебникът е предназначен за студенти от нехимични специалности на висши учебни заведения. Може да служи като наръчник за хора, които самостоятелно изучават основите на химията, и за ученици от химически техникуми и гимназии.

Легендарният учебник, преведен на много езици на Европа, Азия, Африка и издаден с общ тираж от над 5 милиона копия.

При направата на файла е използван сайтът http://alnam.ru/book_chem.php

Книга:

<<< Назад

Напред >>>

Електрическата проводимост на чистата вода може да се използва за изчисляване на концентрацията на водородни йони и хидроксидни йони във водата. При 25°C е равно на 10 -7 mol/l.

Нека напишем израз за константата на дисоциация на водата:

Нека пренапишем това уравнение, както следва:

Тъй като степента на дисоциация на водата е много малка, концентрацията на недисоциираните молекули H 2 O във водата е практически равна на общата концентрация на вода, т.е. 55,55 mol / l (1 литър съдържа 1000 g вода, т.е. 1000: 18,02 = 55,55 mol). В разредените водни разтвори концентрацията на водата може да се счита за еднаква. Следователно, замествайки продукта в последното уравнение с нова константа K H 2 O, ще имаме:

Полученото уравнение показва, че за вода и разредени водни разтвори при постоянна температура продуктът на концентрат от водородни йони и хидроксидни йони е постоянна стойност.Тази постоянна стойност се нарича йонно произведение на водата. Неговата числена стойност може лесно да се получи чрез заместване на концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони в последното уравнение. В чиста вода при 25°C ==1·10 -7 mol/l. Така че за определената температура:

Разтвори, в които концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони са еднакви, се наричат неутрални разтвори. При 25°C, както вече беше споменато, в неутрални разтвори концентрацията както на водородните йони, така и на хидроксидните йони е 10 -7 mol/l. В киселинните разтвори концентрацията на водородните йони е по-висока, в алкалните разтвори концентрацията на хидроксидните йони. Но каквато и да е реакцията на разтвора, продуктът от концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони остава постоянен.

Ако например към чиста вода се добави достатъчно киселина, така че концентрацията на водородните йони да се повиши до 10 -3 mol / l, тогава концентрацията на хидроксидните йони ще намалее, така че продуктът да остане равен на 10 -14. Следователно, в този разтвор концентрацията на хидроксидни йони ще бъде:

10 -14 /10 -3 \u003d 10 -11 mol / l

Напротив, ако добавите алкали към водата и по този начин увеличите концентрацията на хидроксидни йони, например до 10 -5 mol / l, тогава концентрацията на водородните йони ще бъде:

10 -14 /10 -5 \u003d 10 -9 mol / l

Киселинността или алкалността на разтвора може да се изрази по друг, по-удобен начин: вместо концентрацията на водородни йони се посочва неговият десетичен логаритъм, взет с противоположен знак. Последната стойност се нарича стойност на pH и се обозначава с pH:

Например, ако =10 -5 mol/l, тогава pH=5; ако \u003d 10 -9 mol / l, тогава pH = 9 и т.н. От това става ясно, че в неутрален разтвор (= 10 -7 mol / l) pH \u003d 7. В кисели pH разтвори<7 и тем меньше, чем кислее раствор. Наоборот, в щелочных растворах pH>7 и колкото повече, толкова по-голяма е алкалността на разтвора.

Има различни методи за измерване на pH. Приблизително реакцията на разтвора може да се определи с помощта на специални реагенти, наречени индикатори, чийто цвят се променя в зависимост от концентрацията на водородните йони. Най-често срещаните индикатори са метилоранжево, метилово червено, фенолфталеин. В табл. 17 е дадена характеристиката на някои показатели.

За много процеси стойността на pH играе важна роля. И така, pH на кръвта на хора и животни има строго постоянна стойност. Растенията могат да растат нормално само когато стойностите на pH на почвения разтвор са в определен диапазон, характерен за даден растителен вид. Свойствата на естествените води, по-специално тяхната корозивност, са силно зависими от тяхното pH.

Таблица 17. Ключови показатели

<<< Назад

Напред >>>

Приблизително 556 000 000 недисоциирани водни молекули дисоциират само 1 молекула, но това е 60 000 000 000 дисоциирани молекули в 1 mm 3. Дисоциацията е обратима, тоест йоните H + и OH - могат отново да образуват водна молекула. В резултат на това възниква динамично равновесие, при което броят на разложените молекули е равен на броя, образуван от Н + и ОН - йони. С други думи, скоростите на двата процеса ще бъдат равни. За нашия случай уравнението за скоростта на химическа реакция може да бъде записано, както следва:

υ 1 = κ 1 (за водна дисоциация)

υ 2 \u003d κ 2 (за обратния процес)

където υ е скоростта на реакцията; κ - константа на скоростта на реакцията (в зависимост от естеството на реагентите и температурата); , и - концентрации (mol/l).

В състояние на равновесие υ 1 = υ 2, следователно: κ 1 = κ 2

Тъй като при определена температура количествата, използвани при изчисляването на йонния продукт на водата (K, ), са постоянни, стойността на йонния продукт на водата също е постоянна. И тъй като същият брой йони се образува и по време на дисоциацията на водна молекула, се оказва, че за чиста вода концентрациите и ще бъдат равни на 10 -7 mol / l. От постоянството на йонния продукт на водата следва, че ако броят на йони H + стане по-голям, тогава броят на HO - йони става по-малък. Например, ако към чиста вода се добави силна киселина HCl, тя като силен електролит ще се дисоциира в H + и Cl -, в резултат на това концентрацията на H + йони ще се увеличи рязко и това ще доведе до увеличаване на скоростта на процеса на противоположната дисоциация, тъй като зависи от концентрациите на йони H + и OH -: υ 2 = κ 2

По време на ускорения процес на обратната дисоциация концентрацията на HO - йони ще намалее до стойност, съответстваща на новото равновесие, при което ще има толкова малко от тях, че скоростите на дисоциация на водата и обратния процес отново ще бъдат равни . Ако концентрацията на получения разтвор на HCl е 0,1 mol/l, равновесната концентрация ще бъде: = 10 -14 / 0,1 = 10 -13 mol/l

Йонен продукт на водата́ е продукт на концентрациите на водородни йони H + и хидроксилни йони OH − във вода или във водни разтвори, константата на автопротолизата на водата.

Водата, макар и слаб електролит, се дисоциира в малка степен:

Равновесието на тази реакция е силно изместено наляво. Константата на дисоциация на водата може да се изчисли по формулата:

· - концентрация на хидроксониевите йони (протони);

- концентрация на хидроксидни йони;

- концентрация на вода (в молекулярна форма) във вода;

Концентрацията на водата във водата, предвид ниската й степен на дисоциация, е практически постоянна и е (1000 g/l)/(18 g/mol) = 55,56 mol/l.

При 25 °C константата на дисоциация на водата е 1,8 10 -16 mol/L. Уравнение (1) може да бъде пренаписано като:

Константата K in, равна на произведението от концентрациите на протони и хидроксидни йони, се нарича йонно произведение на водата. Той е постоянен не само за чиста вода, но и за разредени водни разтвори на вещества. С повишаване на температурата дисоциацията на водата се увеличава, следователно Kv също се увеличава, с намаляване на температурата, обратно. Практическото значение на йонния продукт на водата е голямо, тъй като позволява при известна киселинност (алкалност) на всеки разтвор (т.е. при известна концентрация или ), да се намери съответно концентрацията или . Въпреки че в повечето случаи, за удобство на представянето, те използват не абсолютни стойности на концентрациите, а техните десетични логаритми, взети с противоположен знак - съответно водородния индекс (pH) и хидроксилния индекс (pOH).

Тъй като K in е константа, когато киселина (H + йони) се добави към разтвор, концентрацията на хидроксидни йони OH - ще спадне и обратно. В неутрална среда = = mol / l. При концентрация > 10 -7 mol/l (съответно концентрацията< 10 −7 моль/л) среда будет кисел; При концентрация > 10 -7 mol/l (съответно концентрацията< 10 −7 моль/л) - алкална.

27. Буферни разтвори: техният състав, свойства, механизъм на действие. Буферен капацитет

буферни разтвориса решения, съдържащи буферни системи. Буферни системи се наричат смеси, които съдържат определено количествено съотношение на слаби киселини и техните соли със силни основи или слаби основи и техните соли със силни киселини. Такива разтвори имат стабилна концентрация на Н+ йони, когато се разреждат с неутрален разтворител (вода) и към тях се добавя определено количество силни киселини или основи.

Буферни разтвори се намират във водите на океаните, почвените разтвори и живите организми. Тези системи изпълняват функциите на регулатори, които поддържат активната реакция на околната среда при определена стойност, необходима за успешното протичане на метаболитните реакции. Буферните разтвори се класифицират на киселинни и основни. Пример за първата може да бъде ацетатна буферна система, втората - амониева. Има естествени и изкуствени буферни разтвори. Естественият буферен разтвор е кръв, съдържаща бикарбонат, фосфат, протеин, хемоглобин и киселинни буферни системи. Изкуственият буфер може да бъде ацетатен буфер, състоящ се от CH3COOH.

Ще разгледаме характеристиките на вътрешния състав и механизма на действие на буферните системи, като използваме примера на ацетатна буферна система: ацетатна киселина / натриев ацетат. Във водната среда компонентите на буферната система претърпяват електролитна дисоциация. Натриевият ацетат, като сол на слаба киселина и силна основа, напълно се дисоциира на йони. Наличието на аниони в такава буферна смес зависи от концентрацията на сол в нея и степента на нейната дисоциация. Концентрацията на Н+ йони в буферната система е право пропорционална на концентрацията на киселината в нея и обратно пропорционална на съдържанието на солта на тази киселина в нея.

По този начин концентрацията на H+ йони в основния буфер е право пропорционална на концентрацията на солта в него и обратно пропорционална на концентрацията на основата.

Например, необходимо е да се приготви ацетатен буфер с няколко стойности на рН. Първо пригответе 5М разтвори на оцетна киселина и натриев ацетат. За да приготвите първия разтвор, вземете 50 ml от всеки от компонентите. Водени от формулата, определете концентрацията на H+ йони в получения разтвор.

За следващия буферен разтвор вземете 80 ml от киселинния разтвор и 20 ml от солевия разтвор, приготвен по-рано. Съществуват редица рецепти за различни буферни разтвори, използвани в химичния анализ и лабораторната практика.

Буферните разтвори имат определени свойства. Те на първо място включват буфериране - способността да се поддържа постоянна концентрация на Н + йони, когато към буферния разтвор се добави определено количество силна киселина или силна основа. Например, ако към ацетатен буфер се добави малко количество перхлорна киселина, рН няма да се измести към киселинната страна, тъй като перхлорната киселина ще влезе в реакция на обменно разлагане със сол на слаба киселина. В резултат на реакцията силна киселина, способна да измести рН към киселинната страна, се заменя със слаба киселина и неутрална сол. Степента на дисоциация на слаб електролитен разтвор намалява с увеличаване на концентрацията му, клони към нула и не настъпва изместване на рН.

Буферен резервоар за разтвор(от английски. буфер- амортисьор buff- смекчаване на ударите) - това е количеството киселина или основа, необходимо за промяна на pH на буферния разтвор с точно 1.

Буферна смес, буферен разтвор, буферна система- комбинация от вещества, система, която поддържа постоянно pH.

Чистата вода не провежда добре електрически ток, но все пак има измерима електрическа проводимост, което се обяснява с частичната дисоциация на H 2 O молекулите на водородни йони и хидроксидни йони:

H 2 O H + + OH -

По големината на електрическата проводимост на чистата вода можете да изчислите концентрацията на йони H + и OH в нея. При 25 ° C той е равен на 10 -7 mol / l.

Константата на дисоциация H 2 O се изчислява, както следва:

Нека пренапишем това уравнение:

Трябва да се подчертае, че тази формула съдържа равновесните концентрации на H 2 O молекули, H + и OH - йони, които са установени в момента на равновесие в реакцията на дисоциация на H 2 O.

Но тъй като степента на дисоциация на H 2 O е много малка, можем да приемем, че концентрацията на недисоциираните H 2 O молекули в момента на равновесие е практически равна на общата първоначална концентрация на вода, т.е. 55,56 mol / dm 3 (1 dm 3 H 2 O съдържа 1000 g H 2 O или 1000: 18 ≈ 55,56 (moles). В разредени водни разтвори можем да приемем, че концентрацията на H 2 O ще бъде същата. Следователно, замествайки в уравнение (42) произведението на две константи с нова константа (или KW ), ще има:

Полученото уравнение показва, че за вода и разредени водни разтвори при постоянна температура, произведението на моларните концентрации на водородни йони и хидроксидни йони е постоянна стойност. Нарича се по различен начин йонен продукт на водата .

В чиста вода при 25°C.
Така че за определената температура:

С повишаване на температурата стойността се увеличава. При 100 ° C достига 5,5 ∙ 10 -13 (фиг. 34).

Ориз. 34. Зависимост на константата на дисоциация на водата K w
от температура t(°C)

Наричат се разтвори, в които концентрациите на йони H + и OH са еднакви неутрални разтвори. V киселразтворите съдържат повече водородни йони и алкална– хидроксидни йони.Но каквато и да е реакцията на средата в разтвора, продуктът от моларните концентрации на H + и OH йони ще остане постоянен.

Ако например към чиста H 2 O се добави определено количество киселина и концентрацията на H + йони се увеличи до 10 -4 mol / dm 3, тогава концентрацията на OH - йони, съответно, ще намалее, така че продуктът остава равно на 10 -14. Следователно в този разтвор концентрацията на хидроксидни йони ще бъде равна на 10 -14: 10 -4 \u003d 10 -10 mol / dm 3. Този пример показва, че ако концентрацията на водородни йони във воден разтвор е известна, тогава се определя и концентрацията на хидроксидни йони. Следователно реакцията на разтвора може да се характеризира количествено чрез концентрацията на H + йони:

неутрален разтвор ®

кисел разтвор ®

алкален разтвор ®

На практика, за количествено характеризиране на киселинността или алкалността на разтвора, не се използва моларната концентрация на H + йони в него, а неговият отрицателен десетичен логаритъм. Тази стойност се нарича pH индикатор и се означава с рН :

pH = –lg

Например, ако , тогава рН = 2; ако , тогава pH = 10. В неутрален разтвор, pH = 7. В кисели разтвори, pH< 7 (и тем меньше, чем «кислее» раствор, т.е., чем больше в нём концентрация ионов Н +). В щёлочных растворах рН >7 (и колкото повече, толкова по-„алкален” е разтворът, т.е. толкова по-ниска е концентрацията на Н + йони в него).

Има различни методи за измерване на pH на разтвора. Много е удобно приблизително да се оцени реакцията на разтвор с помощта на специални реагенти, наречени киселинно-алкални индикатори . Цветът на тези вещества в разтвора се променя в зависимост от концентрацията на H + йони в него. Характеристиките на някои от най-често срещаните показатели са представени в Таблица 12.

Таблица 12Най-важните киселинно-алкални индикатори