Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Водородный показатель рН




Вода является слабым амфотерным электролитом и в очень незначительной степени диссоциирует по схеме

 

H2O ↔ H+ +OH-

 

Следовательно, наряду с другими ионами растворенно­го вещества, анализируемый раствор всегда содержит ио­ны Н+ и ОН-. Этот факт должен учитываться при анализе, хотя концентрации [Н+] и [ОН-] очень малы. При 25 °С в одном литре воды диссоциирует только 10-7 моль воды. Поскольку одна молекула воды при диссоциации дает один ион водорода Н+ и один ион гидроксйда ОН-, то концентра­ция [Н+] = [ОН-] = 10-7 моль/л. Вода, как и другие слабые электролиты, характеризуется константой диссоциации:

 

Кд = +][ОН]

2о] (2.1)

 

Запишем это выражение по-другому:

Кд2О] = [ Н+][ОН-]. (2.2)

Концентрация молекул воды [Н2О] может рассматри­ваться как практически постоянная величина, так как во­да существует почти исключительно в виде недиссоциированных молекул. Обозначив Кд2О] через новую по­стоянную Кн2о, получим

 

Кн2о = [Н+][ОН-] (2.3)

 

Произведение [Н+][ОН-] в воде и водных растворах яв­ляется постоянной величиной при постоянной температу­ре. Эта величина называется ионным произведением воды. При 25 °С

Кн2о = 10 – 14, т. е. [Н+][ОН-] = 10 – 14 .(2.4)

Прибавленная к воде кислота увеличивает концентра­цию ионов [Н+] и уменьшает концентрацию [ОН-], но ион­ное произведение воды остается постоянным. Прибавлен­ная к воде щелочь, наоборот, уменьшает концентрацию [Н+]. Следовательно, увеличение концентрации одного из ионов воды приводит к уменьшению концентрации друго­го. Таким образом, в кислых растворах концентрация [Н+] будет больше 10-7 моль/л, в щелочном растворе концент­рация [Н+] будет меньше 10-7 моль/л, а в нейтральных растворах, где [Н+]=[ОН-], концентрация тех и других ионов равна 10-7 моль/л.

Пользуясь выражением (2.4), можно вычислить кон­центрацию [Н+], если известна концентрация [ОН-], и на­оборот. С увеличением температуры ионное произведение воды возрастает.

Концентрацию водородных и гидроксид-ионов удобнее выражать через их отрицательные логарифмы и обозна­чать соответственно рН и рОН. Величину рН называют во­дородным показателем; рОН - гидроксильным:

 

рН = -lg[H+]; рОН = -lg[OH-].

 

Прологарифмируем выражение (2.4):

 

lg[H+] + lg [ОН-] = lglO-14 = -14,

 

меняем знаки на обратные:

 

-lg [H+] - lg[ОН-] = 14,

 

но -lg[H+] = рН, a -lg[OH-] = рОН,

поэтому можем записать:

 

pH + рОН=14.(2.5)

 

Так как в нейтральной среде [Н+] = 10-7, в кислой - [Н+] >10-7, в щелочной - [Н+] < 10-7, то в нейтральной среде рН = 7; в кислой среде рН < 7; в щелочной среде рН > 7. За­висимость между концентрацией [Н+], величиной рН и средой раствора можно представить в виде схемы:

 

 

Существуют различные методы измерения рН. Качест­венно реакцию среды и рН водных растворов электроли­тов определяют с помощью индикаторов.

Индикаторы - это вещества, которые обратимо изме­няют свой цвет в зависимости от среды растворов,т.е. от рНраствора ( табл. 2.1).

Таблица 2.1.Окраска индикаторов в растворах кислот, щелочей и нейтральных растворах

 

  Индикатор Цвет индикатора
в щелочи в кислоте в нейтральных растворах
Лакмус   Фенолфталеин   Метиловый оранжевый Синий   Малиновый   Желтый Красный   Бесцветный   Розовый Фиолетовый   Бесцветный   Оранжевый

 

На практике чаще всего применяют лакмус, фенолфта­леин и метиловый оранжевый (метилоранж). Они изменя­ют свою окраску в малом интервале значений рН: лакмус - в интервале рН от 5,0 до 8,0; фенолфталеин — от 8,2 до 10,0; метилоранж - от 3,1 до 4,4. Применяют также универсальную индикаторную бумагу, с помощью которой определяют рН в широком интервале от 0 до 14.

Концентрация водородных ионов имеет большое значе­ние в биологических и химических процессах, так как в за­висимости от реакции среды эти процессы могут протекать с различной скоростью и в разных направлениях. Постоянст­во рН биологических жидкостей, тканей и органов является одной из важных констант внутренней среды живых орга­низмов. Например, рН сыворотки крови 7,40 ± 0,06, желу­дочного сока - 1,85 ± 0,15, слезной жидкости - 7,7 ± 0,1. Ак­тивность ферментов также связана с определенным значе­нием рН. Например, оптимальная активность пепсина - фер­мента желудочного сока, расщепляющего пептидные связи в белках, проявляется при рН 1,5 - 2,0. Ферменты кишечного сока поджелудочной железы (рН 7,5 - 8,0) - трипсин и химотрипсин, катализирующие гидролиз белков и пептидов, имеют максимальную активность в слабощелочной среде. Фермент слюны - амилаза, под действием которого крахмал игликоген распадаются до мальтозы, имеет оптимальную активность при рН 6,7, что соответствует рН слюны.

Значение рН водных растворов необходимо контроли­ровать при определении различных веществ в аналитиче­ской химии.

 

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

 

1. Что называется ионным произведением воды?

2. Какова концентрация ионов водорода в нейтральной, кислой и щелочной средах?

3. Вычислите концентрацию +] в водном растворе, если кон­центрация гидроксид-ионов [ОН-] равна: а) 10-12 моль/л; б) 10-10 моль/л.

4. Вычислите концентрацию [ОН-] в водном растворе, если концентрация +] равна: а) 10-2 моль/л; б) 10-6 моль/л. Какова окраска метилоранжа в этих растворах?

5. В воду прибавили немного соляной кислоты. Как изме­нится концентрация +] и [ОН-]?

6. рН раствора равен 5. Вычислите +] и [ОН-] в этом раство­ре. Какова окраска фенолфталеина в этом растворе?

7. Концентрация ионов [ОН-] в растворе увеличилась в 1000 раз. Как изменится концентрация ионов +] и во сколь­ко раз?

 







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 1122. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия