Главная > Химия > Основы аналитической химии, Т1
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 12. Равновесие ионов в водных растворах; понятие о pH

Кислотные и щелочные свойства электролитов характеризуются величиной концентрации ионов водорода или гидроксила. Так как ионное произведение воды при данной температуре неизменно, а — величины переменные, то по величине или можно судить о кислотности или щелочности раствора.

Ионное произведение воды при комнатной температуре приблизительно равно , а в нейтральном водном растворе следовательно,

Таким образом, концентрация ионов водорода или гидроксила, равная , соответствует нейтральной среде. Увеличение или уменьшение или сказывается на характере среды. Например, реакция среды кислая, если величина уменьшается (по сравнению с ) при соответственном повышении величины реакция среды щелочная.

Следовательно, всякий раствор мы будем называть нейтральным, если в нем при комнатной температуре

Для кислых растворов справедливо условие:

а для щелочных растворов:

Например, если концентрация ионов водорода в растворе равна , то реакция раствора кислая. Концентрация ионов гидроксила в таком растворе меньше концентрации ионов водорода, что можно вычислить по ионному произведению воды:

Следует иметь в виду, что в водных растворах различных веществ независимо от их природы и характера всегда сосуществуют два взаимно отрицающие друг друга начала: носители кислых свойств — ионы водорода и носители основных свойств — ионы гидроксила. Например, -ионы существуют не только в водных растворах кислот, но и в водных растворах оснований; -ионы имеются не только в водных растворах оснований, но и в водных растворах кислот. В процессе самых разнообразных реакций (нейтрализации — гидролиза, окисления — восстановления, осаждения — растворения и др.) в водных растворах могут меняться в широких пределах вследствие либо нейтрализации или ионов, либо их образования, но всегда и неизменно при 20—25° С произведение концентраций ионов водорода и ионов гидроксила составляет величину, равную ионному произведению воды, т. е. .

Так, реакция сопровождается понижением концентрации -ионов, а реакция повышением концентрации -ионов.

Концентрация ионов водорода нередко обусловливает направление и оптимальные условия протекания химических реакций, поэтому контроль за состоянием среды в процессе химико-аналитических превращений имеет огромное значение в аналитической химии.

Показатель концентрации ионов водорода. Описанный способ выражения кислотности и щелочности очень показателен, однако представляет некоторые неудобства при выражении малых значений .

В настоящее время вместо значения применяют отрицательный логарифм этой величины, который называют показателем концентрации ионов водорода и обозначают :

Для чистой воды .

Соответственно

При уменьшении значение увеличивается; при увеличении значение уменьшается:

в нейтральном водном растворе ;

в кислом водном растворе ;

в щелочном водном растворе .

Если испытуемый раствор имеет , то , так как

Рис. 1 дает наглядное представление о состоянии среды и величине .

Рис. 1. Зависимость среды раствора от величины и .

Ниже приведена примеры вычисления .

Пример 1. Вычислить раствора, если . Решение. .

Пример 2. Вычислить , если .

Решение. .

Пример 3. Вычислить , если .

Решение. Исходя из выражения

получим:

Так как любое число равно числу 10, возведенному в степень, равную логарифму данного числа, т. е. , то .

Произведение ранее представления об ионном произведении воды применимы для случая диссоциации химически чистой воды.

В водных растворах, в которых равновесные концентрации ионов водорода или гидроксила могут составлять большие величины (например, в водных растворах кислот и оснований), ионное произведение воды должно выражаться формулой:

где — соответственно активности ионов водорода и ионов гидроксила; — истинная константа; ее значение не зависит от величины ионной силы раствора.

Так как , то можно написать:

Следовательно,

где — коэффициенты активности; — среднее значение коэффициента активности.

Таким образом, величина отличается от величины .

Уравнение (21) показывает, что в водных растворах электролитов значение может изменяться в зависимости от величины ионной силы раствора.

В химически чистой воде, в которой равновесные концентрации ионов водорода и гидроксила чрезвычайно малы и составляют всего лишь следовательно,

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление