წყლის ელექტროლიტური დისოციაციის განტოლება. წყლის და pH-ის დისოციაცია. წყალბადის მაჩვენებელი - pH

სუფთა წყალი კარგად არ ატარებს ელექტრულ დენს, მაგრამ მაინც აქვს გაზომვადი ელექტრული გამტარობა, რაც აიხსნება H 2 O მოლეკულების ნაწილობრივი დაშლით წყალბადის იონებად და ჰიდროქსიდის იონებად:

H 2 O H + + OH -

სუფთა წყლის ელექტრული გამტარობის სიდიდის მიხედვით შეგიძლიათ გამოთვალოთ მასში H + და OH იონების კონცენტრაცია. 25 ° C ტემპერატურაზე უდრის 10 -7 მოლ/ლ.

დისოციაციის მუდმივი H 2 O გამოითვლება შემდეგნაირად:

მოდით გადავიწეროთ ეს განტოლება:

ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ფორმულა შეიცავს H 2 O მოლეკულების, H + და OH - იონების წონასწორობის კონცენტრაციებს, რომლებიც დადგენილია H 2 O დისოციაციის რეაქციაში წონასწორობის მომენტში.

მაგრამ, ვინაიდან H 2 O დისოციაციის ხარისხი ძალიან მცირეა, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ გაუნაწილებელი H 2 O მოლეკულების კონცენტრაცია წონასწორობის მომენტში პრაქტიკულად უდრის წყლის მთლიან საწყის კონცენტრაციას, ე.ი. 55,56 მოლი / დმ 3 (1 დმ 3 H 2 O შეიცავს 1000 გ H 2 O ან 1000: 18 ≈ 55,56 (მოლი). განზავებულ წყალხსნარებში შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ H 2 O კონცენტრაცია იგივე იქნება. (42) განტოლებაში ჩანაცვლება ორი მუდმივის ნამრავლის ახალი მუდმივით (ან კვტ ), მექნება:

შედეგად მიღებული განტოლება აჩვენებს, რომ წყლისა და განზავებისთვის წყალხსნარებიმუდმივ ტემპერატურაზე წყალბადის იონების და ჰიდროქსიდის იონების მოლური კონცენტრაციების პროდუქტი მუდმივი მნიშვნელობაა. სხვანაირად ჰქვია წყლის იონური პროდუქტი .

სუფთა წყალში 25°C ტემპერატურაზე.
ასე რომ, მითითებული ტემპერატურისთვის:

ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მნიშვნელობა იზრდება. 100 ° C ტემპერატურაზე აღწევს 5,5 ∙ 10 -13 (სურ. 34).

ბრინჯი. 34. წყლის დისოციაციის მუდმივის დამოკიდებულება K w
ტემპერატურისგან t(°С)

ხსნარებს, რომლებშიც H + და OH იონების კონცენტრაცია ერთნაირია, ეწოდება ნეიტრალური გადაწყვეტილებები. AT მაწონიხსნარები შეიცავს მეტ წყალბადის იონებს და ტუტე- ჰიდროქსიდის იონები.მაგრამ როგორიც არ უნდა იყოს გარემოს რეაქცია ხსნარში, H + და OH იონების მოლური კონცენტრაციების პროდუქტი მუდმივი დარჩება.

თუ, მაგალითად, გარკვეული რაოდენობის მჟავა დაემატება სუფთა H 2 O-ს და H + იონების კონცენტრაცია იზრდება 10 -4 მოლ / დმ 3-მდე, მაშინ OH - იონების კონცენტრაცია, შესაბამისად, შემცირდება ისე, რომ პროდუქტი რჩება 10 -14-ის ტოლი. ამრიგად, ამ ხსნარში, ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია იქნება 10 -14: 10 -4 \u003d 10 -10 მოლი / დმ 3. ეს მაგალითი გვიჩვენებს, რომ თუ ცნობილია წყალბადის იონების კონცენტრაცია წყალხსნარში, მაშინ განისაზღვრება ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციაც. ამრიგად, ხსნარის რეაქცია რაოდენობრივად შეიძლება დახასიათდეს H + იონების კონცენტრაციით:

ნეიტრალური ხსნარი ®

მჟავე ხსნარი ®

ტუტე ხსნარი ®

პრაქტიკაში, ხსნარის მჟავიანობის ან ტუტეობის რაოდენობრივად დასახასიათებლად გამოიყენება არა მასში H + იონების მოლური კონცენტრაცია, არამედ მისი უარყოფითი ათობითი ლოგარითმი. ეს მნიშვნელობა ე.წ pH მაჩვენებელი და აღინიშნება pH :

pH = -ლგ

მაგალითად, თუ , მაშინ pH = 2; თუ , მაშინ pH = 10. ნეიტრალურ ხსნარში pH = 7. მჟავე ხსნარებში pH< 7 (и тем меньше, чем «кислее» раствор, т.е., чем больше в нём концентрация ионов Н +). В щёлочных растворах рН >7 (და რაც უფრო მეტია, მით უფრო "ტუტე" ხსნარი, ანუ მით უფრო დაბალია მასში H + იონების კონცენტრაცია).

ხსნარის pH-ის გაზომვის სხვადასხვა მეთოდი არსებობს. ძალიან მოსახერხებელია ხსნარის რეაქციის დაახლოებით შეფასება სპეციალური რეაგენტების გამოყენებით, ე.წ მჟავა-ტუტოვანი მაჩვენებლები . ამ ნივთიერებების ფერი ხსნარში იცვლება მასში H + იონების კონცენტრაციის მიხედვით. ზოგიერთი ყველაზე გავრცელებული ინდიკატორის მახასიათებლები წარმოდგენილია ცხრილში 12.

ცხრილი 12ყველაზე მნიშვნელოვანი მჟავა-ტუტოვანი მაჩვენებლები

წყალი- სუსტი ამფოტერული ელექტროლიტი.

წყლის იონიზაციის განტოლება, წყალბადის იონების H + ჰიდრატაციის გათვალისწინებით, არის:

H + იონების ჰიდრატაციის გათვალისწინების გარეშე, წყლის დისოციაციის განტოლებას აქვს ფორმა:

როგორც მეორე განტოლებიდან ჩანს, წყალბადის იონების H + და ჰიდროქსიდის იონების OH - კონცენტრაციები წყალში ერთნაირია. 25 o C [H +] \u003d [OH -] \u003d 10 -7 მოლ / ლ.

წყალბადის იონებისა და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციების პროდუქტი ე.წ წყლის იონური პროდუქტი(K H 2 O).

K H 2 O = ∙

K H 2 O არის მუდმივი მნიშვნელობა და 25 ° C ტემპერატურაზე

K H 2 O \u003d 10 -7 ∙10 -7 \u003d 10 -14

ელექტროლიტების განზავებულ წყალხსნარებში, ისევე როგორც წყალში, წყალბადის იონების H + და ჰიდროქსიდის იონების OH - - კონცენტრაციების პროდუქტი არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემულ ტემპერატურაზე. წყლის იონური პროდუქტი შესაძლებელს ხდის ნებისმიერ წყალხსნარს გამოთვალოს ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია OH - თუ ცნობილია წყალბადის იონების კონცენტრაცია H + და პირიქით.

ნებისმიერი წყალხსნარის გარემო შეიძლება ხასიათდებოდეს წყალბადის იონების H + ან ჰიდროქსიდის იონების OH - კონცენტრაციით.

წყალხსნარებში არსებობს სამი სახის მედია: ნეიტრალური, ტუტე და მჟავე.

ნეიტრალური გარემო- ეს არის გარემო, რომელშიც წყალბადის იონების კონცენტრაცია უდრის ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციას:

[H + ] = = 10 -7 მოლ/ლ

მჟავე გარემოარის გარემო, რომელშიც წყალბადის იონების კონცენტრაცია ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციაზე მეტია:

[H +] > [OH -], > 10 -7 მოლ/ლ

ტუტე გარემო- ეს არის გარემო, რომელშიც წყალბადის იონების კონცენტრაცია ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციაზე ნაკლებია:

< , < 10 -7 моль/л

ხსნარის მედიის დასახასიათებლად მოსახერხებელია ე.წ. pH-ის (pH) გამოყენება.

pH pHეწოდება წყალბადის იონების კონცენტრაციის უარყოფითი ათობითი ლოგარითმი: pH = -lg.

მაგალითად, თუ \u003d 10 -3 მოლ / ლ, მაშინ pH \u003d 3, ხსნარი მჟავეა; თუ [H + ] = 10 -12 მოლ / ლ, მაშინ pH = 12, ხსნარი ტუტეა:

რაც უფრო დაბალია pH 7, მით უფრო მჟავეა ხსნარი. რაც უფრო მაღალია pH 7, მით უფრო მაღალია ხსნარის ტუტე.

კავშირი H + იონების კონცენტრაციას, pH მნიშვნელობასა და ხსნარის გარემოს შორის ნაჩვენებია შემდეგ დიაგრამაზე:

pH-ის გაზომვის სხვადასხვა მეთოდი არსებობს. ხარისხობრივად, ელექტროლიტების წყალხსნარების გარემოს ბუნება განისაზღვრება ინდიკატორების გამოყენებით.

ინდიკატორებინივთიერებებს უწოდებენ, რომლებიც შექცევადად იცვლებიან თავიანთ ფერს ხსნარის გარემოდან, ანუ ხსნარის pH-ის მიხედვით.

პრაქტიკაში, ინდიკატორები გამოიყენება ლაკმუსი, მეთილის ფორთოხალი (მეთილის ფორთოხალი) და ფენოლფთალეინი. ისინი იცვლიან ფერს pH-ის მცირე დიაპაზონში: ლაკმუსი - pH დიაპაზონში 5,0-დან 8,0-მდე; მეთილის ფორთოხალი - 3.1-დან 4.4-მდე და ფენოლფთალეინი - 8.2-დან 10.0-მდე.

ინდიკატორების ფერის ცვლილება ნაჩვენებია დიაგრამაში:

დაჩრდილული ადგილები აჩვენებს ინდიკატორის ფერის შეცვლის ინტერვალს.

ზემოაღნიშნული ინდიკატორების გარდა, ასევე გამოიყენება უნივერსალური ინდიკატორი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას pH-ის დაახლოებით დასადგენად ფართო დიაპაზონში 0-დან 14-მდე.

pH მნიშვნელობა აქვს დიდი მნიშვნელობაქიმიურ და ბიოლოგიურ პროცესებში, ვინაიდან, გარემოს ბუნებიდან გამომდინარე, ეს პროცესები შეიძლება მიმდინარეობდეს სხვადასხვა სიჩქარით და სხვადასხვა მიმართულებით.

ამიტომ, ხსნარების pH-ის განსაზღვრა ძალზე მნიშვნელოვანია მედიცინაში, მეცნიერებაში, ტექნოლოგიაში, სოფლის მეურნეობა. სისხლის ან კუჭის წვენის pH-ის ცვლილება მედიცინაში დიაგნოსტიკური ტესტია. pH-ის გადახრები ნორმალური მნიშვნელობებიდან თუნდაც 0,01 ერთეულით მიუთითებს ორგანიზმში პათოლოგიურ პროცესებზე. წყალბადის იონების H + კონცენტრაციების მუდმივობა ცოცხალი ორგანიზმების შიდა გარემოს ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მუდმივია.

ასე რომ, ნორმალური მჟავიანობით, კუჭის წვენს აქვს pH 1,7; ადამიანის სისხლის pH არის 7,4; ნერწყვი - 6,9. თითოეული ფერმენტი ფუნქციონირებს გარკვეული pH მნიშვნელობით: სისხლის კატალაზა pH 7-ზე კუჭის პეპსინი pH 1,5-2; და ა.შ.

სახელმძღვანელო განკუთვნილია უმაღლესი არაქიმიური სპეციალობების სტუდენტებისთვის საგანმანათლებო ინსტიტუტები. ის შეიძლება გახდეს სახელმძღვანელო მათთვის, ვინც დამოუკიდებლად სწავლობს ქიმიის საფუძვლებს, ასევე ქიმიური ტექნიკური სკოლებისა და უმაღლესი საშუალო სკოლების სტუდენტებისთვის.

ლეგენდარული სახელმძღვანელო, რომელიც ითარგმნა ევროპის, აზიის, აფრიკის მრავალ ენაზე და გამოვიდა 5 მილიონზე მეტი ტირაჟით.

ფაილის შექმნისას გამოყენებული იქნა საიტი http://alnam.ru/book_chem.php

Წიგნი:

<<< Назад

წინ >>>

სუფთა წყალი ელექტროენერგიას ძალიან ცუდად ატარებს, მაგრამ მაინც აქვს გაზომვადი ელექტრული გამტარობა, რაც აიხსნება წყლის მცირე დაშლით წყალბადის იონებად და ჰიდროქსიდის იონებად:

სუფთა წყლის ელექტრული გამტარობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყალში წყალბადის იონების და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციის გამოსათვლელად. 25°C-ზე უდრის 10 -7 მოლ/ლ.

მოდით დავწეროთ გამოხატულება წყლის დისოციაციის მუდმივობისთვის:

გადავიწეროთ ეს განტოლება შემდეგნაირად:

ვინაიდან წყლის დისოციაციის ხარისხი ძალიან მცირეა, წყალში გაუნაწილებელი H 2 O მოლეკულების კონცენტრაცია პრაქტიკულად უდრის წყლის მთლიან კონცენტრაციას, ანუ 55,55 მოლ/ლ (1 ლიტრი შეიცავს 1000 გ წყალს, ანუ 1000: 18,02 = 55,55 მოლი). განზავებულ წყალხსნარებში, წყლის კონცენტრაცია შეიძლება ჩაითვალოს იგივე. ამრიგად, ბოლო განტოლებაში ნამრავლის ჩანაცვლებით ახალი მუდმივი K H 2 O, გვექნება:

მიღებული განტოლება გვიჩვენებს, რომ წყლისა და განზავებული წყალხსნარებისთვის მუდმივ ტემპერატურაზე წყალბადის იონების და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრატის პროდუქტი არის მუდმივი მნიშვნელობა.ამ მუდმივ მნიშვნელობას ეწოდება წყლის იონური პროდუქტი. რიცხვითი მნიშვნელობამისი მიღება ადვილია წყალბადის იონების და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციების ბოლო განტოლებაში ჩანაცვლებით. სუფთა წყალში 25°C ==1·10 -7 მოლ/ლ. ასე რომ, მითითებული ტემპერატურისთვის:

ხსნარებს, რომლებშიც წყალბადის იონებისა და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია ერთნაირია, ნეიტრალური ხსნარები ეწოდება. 25°C ტემპერატურაზე, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ნეიტრალურ ხსნარებში, როგორც წყალბადის იონების, ასევე ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციაა 10 -7 მოლ/ლ. მჟავე ხსნარებში წყალბადის იონების კონცენტრაცია უფრო მაღალია, ტუტე ხსნარებში ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია. მაგრამ როგორიც არ უნდა იყოს ხსნარის რეაქცია, წყალბადის იონების და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციის პროდუქტი მუდმივი რჩება.

თუ, მაგალითად, იმდენი მჟავა დაემატება სუფთა წყალს ისე, რომ წყალბადის იონების კონცენტრაცია გაიზარდოს 10-3 მოლ/ლ-მდე, მაშინ ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია შემცირდება ისე, რომ პროდუქტი დარჩეს 10-14-ის ტოლი. ამრიგად, ამ ხსნარში ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაცია იქნება:

10 -14 /10 -3 \u003d 10 -11 მოლ / ლ

პირიქით, თუ წყალს დაუმატებთ ტუტეს და ამით გაზრდით ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციას, მაგალითად, 10 -5 მოლ/ლ-მდე, მაშინ წყალბადის იონების კონცენტრაცია იქნება:

10 -14 /10 -5 \u003d 10 -9 მოლ / ლ

ეს მაგალითები აჩვენებს, რომ თუ ცნობილია წყალბადის იონების კონცენტრაცია წყალხსნარში, მაშინ განისაზღვრება ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციაც. ამრიგად, ხსნარის მჟავიანობის და ტუტეობის ხარისხი რაოდენობრივად შეიძლება დახასიათდეს წყალბადის იონების კონცენტრაციით:

ხსნარის მჟავიანობა ან ტუტე შეიძლება გამოიხატოს სხვა, უფრო მოსახერხებელი გზით: წყალბადის იონების კონცენტრაციის ნაცვლად, მითითებულია მისი ათობითი ლოგარითმი, აღებული საპირისპირო ნიშნით. ამ უკანასკნელ მნიშვნელობას ეწოდება pH მნიშვნელობა და აღინიშნება pH-ით:

მაგალითად, თუ =10 -5 მოლ/ლ, მაშინ pH=5; თუ \u003d 10 -9 მოლ / ლ, მაშინ pH \u003d 9 და ა.შ. აქედან ირკვევა, რომ ნეიტრალურ ხსნარში (= 10 -7 მოლ / ლ) pH \u003d 7. მჟავე pH ხსნარებში<7 и тем меньше, чем кислее раствор. Наоборот, в щелочных растворах pH>7 და მეტი, მით მეტია ხსნარის ტუტე.

pH-ის გაზომვის სხვადასხვა მეთოდი არსებობს. დაახლოებით, ხსნარის რეაქცია შეიძლება განისაზღვროს სპეციალური რეაგენტების გამოყენებით, სახელწოდებით ინდიკატორები, რომელთა ფერი იცვლება წყალბადის იონების კონცენტრაციის მიხედვით. ყველაზე გავრცელებული მაჩვენებლებია მეთილის ნარინჯისფერი, მეთილის წითელი, ფენოლფთალეინი. მაგიდაზე. 17 მოცემულია ზოგიერთი ინდიკატორის მახასიათებელი.

მრავალი პროცესისთვის, pH მნიშვნელობა თამაშობს მნიშვნელოვანი როლი. ამრიგად, ადამიანებისა და ცხოველების სისხლის pH-ს აქვს მკაცრად მუდმივი მნიშვნელობა. მცენარეები ნორმალურად იზრდებიან მხოლოდ მაშინ, როდესაც ნიადაგის ხსნარის pH მნიშვნელობები დევს მოცემული მცენარის სახეობისთვის დამახასიათებელ გარკვეულ დიაპაზონში. ბუნებრივი წყლების თვისებები, განსაკუთრებით მათი კოროზიულობა, დიდად არის დამოკიდებული მათ pH-ზე.

ცხრილი 17. ძირითადი ინდიკატორები

<<< Назад

წინ >>>

ქიმიურად სუფთა წყალს აქვს, თუმცა უმნიშვნელო, მაგრამ გაზომვადი ელექტრული გამტარობა, რადგან წყალი მცირე რაოდენობით იშლება იონებად. ასე რომ, ოთახის ტემპერატურაზე, 10 8 წყლის მოლეკულიდან მხოლოდ ერთია დისოცირებულ ფორმაში. პროცესი ელექტროლიტური დისოციაციაწყალი შესაძლებელია საკმარისად მაღალი პოლარობის გამო O-H კავშირებიდა წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების სისტემის არსებობა. წყლის დისოციაციის განტოლება იწერება შემდეგნაირად:

2H 2 O ↔ H 3 O + + OH -,

სადაც H 3 O + არის წყალბადის ჰიდრონიუმის კატიონი.

წყლის დისოციაციის განტოლება შეიძლება დაიწეროს უფრო მარტივი ფორმით:

H 2 O ↔ H + + OH -.

წყალბადის და ჰიდროქსიდის იონების არსებობა წყალში აძლევს მას ამფოლიტის სპეციფიკურ თვისებებს, ე.ი. სუსტი მჟავისა და სუსტი ფუძის ფუნქციების შესრულების უნარი. წყლის დისოციაციის მუდმივი ტემპერატურა 22 0 С:

სადაც და არის წყალბადის კათიონებისა და ჰიდროქსო-ანიონების წონასწორული კონცენტრაციები გ-იონ/ლ-ში, და არის წყლის წონასწორული კონცენტრაცია მოლ/ლ-ში. იმის გათვალისწინებით, რომ წყლის დისოციაციის ხარისხი უკიდურესად მცირეა, წყლის გაუნაწილებელი მოლეკულების წონასწორული კონცენტრაცია შეიძლება გავუტოლოთ წყლის მთლიან რაოდენობას 1 ლიტრში:

ახლა გამოთქმა (1) შეიძლება დაიწეროს შემდეგი ფორმით:

აქედან გამომდინარე = (1.8 10 -16) 55.56 = 10 -14 გ-იონი 2 / ლ 2.

წყალბადის იონების და ჰიდროქსო იონების კონცენტრაციის პროდუქტი მუდმივია არა მხოლოდ წყლისთვის, არამედ მარილების, მჟავების და ტუტეების წყალხსნარებისთვისაც. ეს მნიშვნელობა ე.წ წყლის იონური პროდუქტიან წყლის მუდმივი.ამიტომ: K H2O \u003d \u003d 10 -14 გ-იონი 2 / ლ 2.

ნეიტრალური მედიისთვის = = 10 -7 გ-იონი/ლ. მჟავე გარემოში > და ტუტეში< . При этом в любых средах произведение концентраций ионов водорода и гидроксо-ионов при данной температуре остается постоянным и равным 10 -14 г-ион 2 /л 2 . Таким образом, пользуясь ионным произведением воды, любую реакцию среды (нейтральную, кислую или щелочную) можно количественно выразить при помощи концентрации водородных ионов.

1.2. წყალბადის მაჩვენებელი - pH

გარემოს რეაქციის რაოდენობრივად დასახასიათებლად, როგორც წესი, მოცემულია არა წყალბადის იონების კონცენტრაცია, არამედ რაიმე პირობითი მაჩვენებელი, რომელიც აღინიშნება pH-ით და ე.წ. წყალბადის ინდექსი.ეს არის წყალბადის კათიონების კონცენტრაციის უარყოფითი ათობითი ლოგარითმი pH \u003d - lg.

ნეიტრალური გარემოსთვის pH = -lg 10 -7 = 7;

მჟავისთვის - pH< 7;

ტუტესთვის - pH > 7.

ცნება ჰიდროქსილის ინდექსი pOH = - lg [OH -].

pH + pOH = 14.

pH-ის განსაზღვრას დიდი მნიშვნელობა აქვს ინჟინერიაში და, კერძოდ, სამშენებლო ბიზნესში. როგორც წესი, pH იზომება გამოყენებით ინდიკატორები- ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ შეცვალონ მათი ფერი წყალბადის იონების კონცენტრაციის მიხედვით. ინდიკატორები არის სუსტი მჟავები და ფუძეები, რომელთა მოლეკულები და იონები სხვადასხვა ფერებშია შეღებილი (ცხრილი 1).

ცხრილი 1

თუმცა, ინდიკატორები არა ზუსტი განმარტება pH მნიშვნელობები, ამიტომ თანამედროვე pH გაზომვები ხდება ელექტროქიმიური მეთოდებით, რომელთა სიზუსტეა ± 0,01 pH ერთეული.

თხევადი წყლის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი უნარი სპონტანურად დაშორდეს რეაქციის მიხედვით:

H 2 O (l) "H + (aq) + OH - (aq)

ამ პროცესს ასევე უწოდებენ თვითიონიზაციას ან ავტოპროტოლიზს. მიღებული H + პროტონები და OH - ანიონები გარშემორტყმულია გარკვეული რაოდენობის პოლარული წყლის მოლეკულებით, ე.ი. დატენიანებული: H + ×nH 2 O; OH - ×mH 2 O. პირველადი ჰიდრატაცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რამდენიმე აკვაკომპლექსით: H 3 O + ; H 5 O 2 +; H 7 O 3 +; H 9 O 4 + , რომელთა შორის იონები H 9 O 4 + (H + ×4H 2 O) ჭარბობს. წყალში ყველა ამ იონის სიცოცხლე ძალიან ხანმოკლეა, რადგან პროტონები მუდმივად მიგრირებენ ერთი და იგივე მოლეკულებისგან

წყალი სხვებისთვის. ჩვეულებრივ, სიმარტივისთვის, განტოლებებში გამოიყენება მხოლოდ H 3 O + (H + ×H 2 O) შემადგენლობის კატიონი, რომელსაც ეწოდება ჰიდრონიუმის იონი.

წყლის დისოციაციის პროცესი, პროტონის ჰიდრატაციის და ჰიდროქსონიუმის იონის წარმოქმნის გათვალისწინებით, შეიძლება დაიწეროს: 2H 2 O « H 3 O + + OH -

წყალი სუსტი ელექტროლიტია, რომლის დისოციაციის ხარისხია

ვინაიდან à C უდრის (H 2 O) "C ref (H 2 O) ან [H 2 O] უდრის ≈ [H 2 O] ref.

არის მოლების რაოდენობა ერთ ლიტრ წყალში. C ref (H 2 O) განზავებულ ხსნარში რჩება მუდმივი. ეს გარემოება საშუალებას გვაძლევს წონასწორობის მუდმივში ჩავრთოთ C ტოლი (H 2 O).

ამრიგად, ორი მუდმივის ნამრავლი იძლევა ახალ მუდმივას, რომელსაც ე.წ წყლის იონური პროდუქტი. 298 კ ტემპერატურაზე.

¾- წყლის იონური პროდუქტის მუდმივობა ნიშნავს, რომ ნებისმიერ წყალხსნარში: მჟავე, ნეიტრალური ან ტუტე - ყოველთვის არის ორივე ტიპის იონი (H + და OH -)

¾- სუფთა წყალში წყალბადის და ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციები თანაბარია და ნორმალურ პირობებში არის:

K w 1/2 \u003d 10 -7 მოლ / ლ.

¾- მჟავების დამატებისას [H + ]-ის კონცენტრაცია იზრდება, ე.ი. წონასწორობა გადადის მარცხნივ და [OH - ] კონცენტრაცია მცირდება, მაგრამ K w რჩება 10 -14-ის ტოლი.

მჟავე გარემოში > 10 -7 მოლ/ლ და< 10 -7 моль/л

ტუტე გარემოში< 10 -7 моль/л, а >10 -7 მოლ/ლ

პრაქტიკაში, მოხერხებულობისთვის, ჩვენ ვიყენებთ pH მნიშვნელობა (pH)და საშუალო ჰიდროქსილის ინდექსი (pOH).

ეს არის საპირისპირო ნიშნით მიღებული წყალბადის იონების ან ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციების (აქტივობების) ათობითი ლოგარითმი, შესაბამისად: pH = - lg, pOH = - lg.

წყალხსნარებში pH + pOH = 14.

ცხრილი ნომერი 14.

Kw დამოკიდებულია ტემპერატურაზე (რადგან წყლის დისოციაცია არის ენდოთერმული პროცესი)

K w (25 o C) \u003d 10 -14 Þ pH \u003d 7

K w (50 o C) \u003d 5,47 × 10 -14 Þ pH \u003d 6,63

pH გაზომვა ძალიან ფართოდ გამოიყენება. ბიოლოგიასა და მედიცინაში ბიოლოგიური სითხეების pH მნიშვნელობა გამოიყენება პათოლოგიების დასადგენად. მაგალითად, ნორმალური შრატის pH არის 7,4±0,05; ნერწყვი - 6.35..6.85; კუჭის წვენი - 0.9..1.1; ცრემლები - 7,4±0,1. სოფლის მეურნეობაში pH ახასიათებს ნიადაგის მჟავიანობას, ბუნებრივი წყლების ეკოლოგიურ მდგომარეობას და ა.შ.

მჟავა-ფუძის ინდიკატორები არის ქიმიური ნაერთები, რომლებიც იცვლებიან ფერს გარემოს pH-ის მიხედვით, რომელშიც ისინი გვხვდება. ალბათ მიგიქცევიათ ყურადღება, თუ როგორ იცვლება ჩაის ფერი ლიმონის ჩასმისას – ეს არის მჟავა-ტუტოვანი ინდიკატორის მოქმედების მაგალითი.

ინდიკატორები, როგორც წესი, არის სუსტი ორგანული მჟავები ან ფუძეები და შეიძლება არსებობდეს ხსნარში ორი ტავტომერული ფორმით:

HInd « H + + Ind - , სადაც HInd არის მჟავა ფორმა (ეს არის ფორმა, რომელიც ჭარბობს მჟავე ხსნარებში); Ind არის ძირითადი ფორმა (უპირატესად ტუტე ხსნარებში).

ინდიკატორის ქცევა ჰგავს სუსტი ელექტროლიტის ქცევას უფრო ძლიერის არსებობისას იმავე იონთან ერთად. რაც უფრო შესაბამისად წონასწორობა გადადის მჟავა ფორმის HInd არსებობისკენ და პირიქით (ლე შატელიეს პრინციპი).

გამოცდილება ნათლად აჩვენებს ზოგიერთი ინდიკატორის გამოყენების შესაძლებლობას:

ცხრილი No15

სპეციალური მოწყობილობები - pH მრიცხველები საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ pH 0.01 სიზუსტით 0-დან 14-მდე დიაპაზონში. განმარტება ეფუძნება გალვანური უჯრედის EMF-ის გაზომვას, რომლის ერთ-ერთი ელექტროდია, მაგალითად, მინა.

წყალბადის იონების ყველაზე ზუსტი კონცენტრაცია შეიძლება განისაზღვროს მჟავა-ტუტოვანი ტიტრირებით. ტიტრაცია არის ტიტრირებული ხსნარში ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარის (ტიტრატის) მცირე ნაწილის თანდათანობით დამატების პროცესი, რომლის კონცენტრაცია გვინდა განვსაზღვროთ.

ბუფერული ხსნარები- ეს არის სისტემები, რომელთა pH შედარებით მცირედ იცვლება მჟავების ან ტუტეების მცირე რაოდენობით განზავების ან მათში დამატებისას. ყველაზე ხშირად ისინი შეიცავს ხსნარებს:

ა) ა) სუსტი მჟავა და მისი მარილი (CH 3 COOH + CH 3 COOHa) - აცეტატის ბუფერი

გ) სუსტი ფუძე და მისი მარილი (NH 4 OH + NH 4 Cl) - ამონიუმ-ამონიუმის ბუფერი

გ) ორი მჟავა მარილი სხვადასხვა K d-ით (Na 2 HPO 4 + NaH 2 PO 4) - ფოსფატის ბუფერი

განვიხილოთ ბუფერული ხსნარების მარეგულირებელი მექანიზმი მაგალითად აცეტატის ბუფერული ხსნარის გამოყენებით.

CH 3 COOH «CH 3 COO - + H +,

CH 3 COONa « CH 3 COO - + Na +

1. 1) თუ ბუფერულ ნარევს დაუმატებთ მცირე რაოდენობით ტუტეს:

CH 3 COOH + NaOH " CH 3 COONa + H 2 O,

NaOH ანეიტრალებს ძმარმჟავასთან ერთად, რათა წარმოიქმნას უფრო სუსტი ელექტროლიტი H 2 O. ნატრიუმის აცეტატის ჭარბი წონასწორობა ცვლის მიღებული მჟავას.

2. 2) თუ დაუმატებთ მცირე რაოდენობით მჟავას:

CH 3 COONa + HCl « CH 3 COOH + NaCl

წყალბადის კათიონები H + აკავშირებს იონებს CH3COO -

მოდით ვიპოვოთ წყალბადის იონების კონცენტრაცია ბუფერული აცეტატის ხსნარში:

ძმარმჟავას წონასწორული კონცენტრაცია ჭრილობა C ref, to (რადგან სუსტი ელექტროლიტი), და [СH 3 COO - ] = C მარილი (რადგან მარილი არის ძლიერი ელექტროლიტი), მაშინ . ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება:

ამრიგად, ბუფერული სისტემების pH განისაზღვრება მარილისა და მჟავას კონცენტრაციების თანაფარდობით. განზავებისას ეს თანაფარდობა არ იცვლება და ბუფერის pH არ იცვლება განზავებისას; ეს განასხვავებს ბუფერულ სისტემებს სუფთა ელექტროლიტური ხსნარისგან, რისთვისაც მოქმედებს ოსტვალდის განზავების კანონი.

ბუფერული სისტემების ორი მახასიათებელია:

1.ბუფერული ძალა. აბსოლუტური ღირებულებაბუფერული ძალა დამოკიდებულია

ბუფერული სისტემის კომპონენტების საერთო კონცენტრაცია, ე.ი. რაც უფრო დიდია ბუფერული სისტემის კონცენტრაცია, მით მეტი ტუტე (მჟავა) არის საჭირო pH-ის იგივე ცვლილებისთვის.

2.ბუფერული ავზი (B).ბუფერული სიმძლავრე არის ლიმიტი, რომლის დროსაც ხდება ბუფერული მოქმედება. ბუფერული ნარევი ინარჩუნებს pH-ს მუდმივ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ხსნარში დამატებული ძლიერი მჟავის ან ფუძის რაოდენობა არ აღემატება გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობას - B. ბუფერული სიმძლავრე განისაზღვრება ძლიერი მჟავის (ფუძის) გ/ეკვ რაოდენობით, რომელიც უნდა დაემატოს ერთი ლიტრი ბუფერული ნარევი, რათა შეიცვალოს pH მნიშვნელობა ერთეულზე, ე.ი. . დასკვნა: ბუფერული სისტემების თვისებები:

1. 1. მცირედ არის დამოკიდებული განზავებაზე.

2. 2. ძლიერი მჟავების (ბაზების) დამატება მცირე განსხვავებას ქმნის B-ის ბუფერული სიმძლავრის ფარგლებში.

3. 3. ბუფერული სიმძლავრე დამოკიდებულია ბუფერულ სიძლიერეზე (კომპონენტების კონცენტრაციაზე).

4. 4. ბუფერი ავლენს მაქსიმალურ ეფექტს, როდესაც მჟავა და მარილი იმყოფება ხსნარში ექვივალენტური რაოდენობით:

მარილით \u003d C თქვენთვის; = K d, k; pH \u003d pK d, k (pH განისაზღვრება K d-ის მნიშვნელობით).

ჰიდროლიზი არის წყლის ქიმიური ურთიერთქმედება მარილებთან.. მარილების ჰიდროლიზი მცირდება პროტონის გადაცემის პროცესამდე. მისი დინების შედეგად ჩნდება წყალბადის ან ჰიდროქსილის იონების გარკვეული ჭარბი რაოდენობა, რაც ხსნარს ანიჭებს მჟავე ან ტუტე თვისებებს. ამრიგად, ჰიდროლიზი ნეიტრალიზაციის პროცესის საპირისპიროა.

მარილის ჰიდროლიზი მოიცავს 2 ეტაპს:

ა) მარილის ელექტროლიტური დისოციაცია ჰიდრატირებული იონების წარმოქმნით:. KCl à K + + Cl - K + + xH 2 O à K + × xH 2 O

აქცეპტორი - კათიონები ვაკანტური ორბიტალებით)

Cl - + yH 2 O "Cl - × yH 2 O (წყალბადის ბმა)

გ) ანიონის ჰიდროლიზი. Cl - + HOH à HCl + OH -

გ) ჰიდროლიზი კატიონზე. K + + HOH à KOH +

ყველა მარილი წარმოიქმნება სუსტი მონაწილეობით

ელექტროლიტები:

1. მარილი, რომელიც წარმოიქმნება სუსტი მჟავების ანიონით და ძლიერი ფუძეების კატიონით

CH 3 COONa + HOH «CH 3 COOH + NaOH

CH 3 COO - + HOH "CH 3 COOH + OH -, pH> 7

სუსტი მჟავების ანიონები ასრულებენ ფუძეების ფუნქციას წყალთან მიმართებაში - პროტონის დონორი, რაც იწვევს OH - ს კონცენტრაციის მატებას, ე.ი. გარემოს ალკალიზაცია.

ჰიდროლიზის სიღრმე განისაზღვრება: ჰიდროლიზის ხარისხით a g:

არის ჰიდროლიზებული მარილის კონცენტრაცია

არის საწყისი მარილის კონცენტრაცია

a g არის პატარა, მაგალითად, CH 3 COONa 0,1 მოლი ხსნარისთვის 298 K-ზე, არის 10 -4.

ჰიდროლიზის დროს სისტემაში მყარდება წონასწორობა, რომელსაც ახასიათებს К р

ამიტომ, რაც უფრო მცირეა დისოციაციის მუდმივი, მით უფრო დიდია ჰიდროლიზის მუდმივი. ჰიდროლიზის ხარისხი ჰიდროლიზის მუდმივთან დაკავშირებულია განტოლებით:

მზარდი განზავებისას, ე.ი. C 0-ის შემცირება, ჰიდროლიზის ხარისხი იზრდება.

2. 2. მარილი, რომელიც წარმოიქმნება სუსტი ფუძეების კატიონით და ძლიერი მჟავების ანიონით

NH 4 Cl + HOH ↔ NH 4 OH +

NH 4 + + HOH ↔ NH 4 OH + H +, pH< 7

პროტოლიზური წონასწორობა გადატანილია მარცხნივ, სუსტი ფუძის კატიონი NH 4 + ასრულებს მჟავის ფუნქციას წყალთან მიმართებაში, რაც იწვევს გარემოს დამჟავებას. ჰიდროლიზის მუდმივი განისაზღვრება განტოლებით:

წყალბადის იონების წონასწორული კონცენტრაცია შეიძლება გამოითვალოს: [H + ] უდრის = a g × C 0 (მარილის საწყისი კონცენტრაცია), სადაც

გარემოს მჟავიანობა დამოკიდებულია ამ ტიპის მარილების საწყის კონცენტრაციაზე.

3. 3. სუსტი მჟავების ანიონისა და სუსტი ფუძეების კატიონის მიერ წარმოქმნილი მარილი. ჰიდროლიზებს როგორც კატიონს, ასევე ანიონს

NH 4 CN + HOH à NH 4 OH + HCN

ხსნარის გარემოს pH-ის დასადგენად შეადარეთ K D, k და K D, ძირითადი

K D,k > K D,ძირითადი საშუალო ოდნავ მჟავე

კ დ, კ< К Д,осн à среда слабо щелочная

K D,k \u003d K D,ბაზა ნეიტრალური საშუალო

შესაბამისად, ამ ტიპის მარილის ჰიდროლიზის ხარისხი არ არის დამოკიდებული მათ კონცენტრაციაზე ხსნარში.

რადგან და [OH - ] განისაზღვრება K D, k და K D, ფუძე, მაშინ

ხსნარის pH ასევე დამოუკიდებელია ხსნარში მარილის კონცენტრაციისგან.

გამრავლებული დამუხტული ანიონისა და ერთჯერადი დამუხტული კატიონის (ამონიუმის სულფიდები, კარბონატები, ფოსფატები) წარმოქმნილი მარილები თითქმის მთლიანად ჰიდროლიზდება პირველი სტადიით, ე.ი. ხსნარში არიან სუსტი ფუძის NH 4 OH და მისი მარილის NH 4 HS ნარევის სახით, ე.ი. ამონიუმის ბუფერის სახით.

გამრავლებული დამუხტული კატიონისა და ერთჯერადი დამუხტული ანიონის (აცეტატები, Al, Mg, Fe, Cu ფორმატები) წარმოქმნილი მარილებისთვის, გახურებისას ჰიდროლიზი ძლიერდება და იწვევს ძირითადი მარილების წარმოქმნას.

ნიტრატების, ჰიპოქლორიტების, ჰიპობრომიტების Al, Mg, Fe, Cu ჰიდროლიზი მიმდინარეობს მთლიანად და შეუქცევად, ე.ი. მარილები არ არის იზოლირებული ხსნარებიდან.

მარილები: ZnS, AlPO 4, FeCO 3 და სხვები ნაკლებად ხსნადია წყალში, თუმცა მათი ზოგიერთი იონი მონაწილეობს ჰიდროლიზის პროცესში, რაც იწვევს მათი ხსნადობის გარკვეულ ზრდას.

ქრომის და ალუმინის სულფიდები მთლიანად და შეუქცევად ჰიდროლიზდება შესაბამისი ჰიდროქსიდების წარმოქმნით.

4. 4. ძლიერი მჟავებისა და ძლიერი ფუძეების ანიონის მიერ წარმოქმნილი მარილები არ განიცდიან ჰიდროლიზს.

ყველაზე ხშირად, ჰიდროლიზი არის მავნე მოვლენა, რომელიც იწვევს სხვადასხვა გართულებებს. ისე სინთეზში არაორგანული ნივთიერებებიმიღებულ ნივთიერებაში წყალხსნარებიდან ჩნდება მინარევები - მისი ჰიდროლიზის პროდუქტები. ზოგიერთი ნაერთების სინთეზი საერთოდ შეუძლებელია შეუქცევადი ჰიდროლიზის გამო.

- თუ ჰიდროლიზი მიმდინარეობს ანიონის გასწვრივ, მაშინ ხსნარს ემატება ჭარბი ტუტე

- თუ ჰიდროლიზი მიმდინარეობს კატიონის მეშვეობით, მაშინ ხსნარს ემატება ჭარბი მჟავა

ასე რომ, ელექტროლიტური ხსნარების პირველი თვისებრივი თეორია გამოთქვა არენიუსმა (1883 - 1887 წწ.). ამ თეორიის მიხედვით:

1. 1. ელექტროლიტის მოლეკულები იშლება საპირისპირო იონებად

2. 2. დისოციაციისა და რეკომბინაციის პროცესებს შორის მყარდება დინამიური წონასწორობა, რომელსაც ახასიათებს K D. ეს წონასწორობა ემორჩილება მასის მოქმედების კანონს. დაშლილი მოლეკულების ფრაქცია ხასიათდება დისოციაციის ხარისხით a. ოსტვალდის კანონი აკავშირებს დ და ა.

3. 3. ელექტროლიტური ხსნარი (არენიუსის მიხედვით) არის ელექტროლიტის მოლეკულების, მისი იონების და გამხსნელის მოლეკულების ნარევი, რომელთა შორის ურთიერთქმედება არ არის.

დასკვნა: არენიუსის თეორიამ შესაძლებელი გახადა აეხსნა სუსტი ელექტროლიტების ხსნარების მრავალი თვისება დაბალ კონცენტრაციებში.

თუმცა არენიუსის თეორიას მხოლოდ ფიზიკური ხასიათი ჰქონდა, ე.ი. არ განიხილა შემდეგი კითხვები:

რატომ იშლება ნივთიერებები ხსნარში იონებად?

რა ემართება იონებს ხსნარებში?

Შემდგომი განვითარებაარენიუსის თეორია მიღებული ოსტვალდის, პისარჟევსკის, კაბალუკოვის, ნერნსტის და ა.შ. მაგალითად, ჰიდრატაციის მნიშვნელობაზე პირველად ხაზგასმული იყო კაბალუკოვმა (1891), რომელმაც დაიწყო ელექტროლიტების თეორიის შემუშავება მენდელეევის მიერ მითითებული მიმართულებით (ანუ პირველმა შეძლო მენდელეევის სოლვატების თეორიის შეთავსება ფიზიკურ თეორიასთან). არენიუსი). ხსნარი არის ელექტროლიტების ურთიერთქმედების პროცესი

გამხსნელის მოლეკულები სოლვატების რთული ნაერთების შესაქმნელად. თუ გამხსნელი წყალია, მაშინ ელექტროლიტის წყლის მოლეკულებთან ურთიერთქმედების პროცესს ეწოდება ჰიდრატაცია, ხოლო აკვაკომპლექსებს კრისტალური ჰიდრატები.

განვიხილოთ ელექტროლიტების კრისტალურ მდგომარეობაში დისოციაციის მაგალითი. ეს პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ორ ეტაპად:

1. 1.ნივთიერების კრისტალური ბადის განადგურება DH 0 kr\u003e 0, მოლეკულების წარმოქმნის პროცესი (ენდოთერმული)

2. 2. ხსნადი მოლეკულების წარმოქმნა, DH 0 solv< 0, процесс экзотермический

დაშლის შედეგად მიღებული სითბო უდრის ორი საფეხურის სითბოს ჯამს DH 0 sol = DH 0 cr + DH 0 solv და შეიძლება იყოს როგორც უარყოფითი, ასევე დადებითი. მაგალითად, კრისტალური მედის ენერგია KCl = 170 კკალ/მოლი.

იონების ჰიდრატაციის სითბო K + = 81 კკალ/მოლი, Cl - = 84 კკალ/მოლი, ხოლო მიღებული ენერგია 165 კკალ/მოლი.

ჰიდრატაციის სითბო ნაწილობრივ ფარავს ენერგიას, რომელიც საჭიროა კრისტალიდან იონების გასათავისუფლებლად. დარჩენილი 170 - 165 = 5 კკალ/მოლი შეიძლება დაიფაროს თერმული მოძრაობის ენერგიის გამო, ხოლო დაშლას თან ახლავს სითბოს შეწოვა. გარემო. ჰიდრატები ან სოლვატები ხელს უწყობენ ენდოთერმული დისოციაციის პროცესს, რაც ართულებს რეკომბინაციას.

და აქ არის სიტუაცია, როდესაც დასახელებული ორი ეტაპიდან მხოლოდ ერთია წარმოდგენილი:

1. აირების დაშლა - არ არსებობს კრისტალური გისოსის განადგურების პირველი ეტაპი, რჩება ეგზოთერმული ხსნარი, შესაბამისად, აირების დაშლა, როგორც წესი, ეგზოთერმულია.

2. კრისტალური ჰიდრატების დაშლისას არ არის ხსნარის სტადია, რჩება მხოლოდ კრისტალური გისოსის ენდოთერმული განადგურება. მაგალითად, კრისტალური ჰიდრატის ხსნარი: CuSO 4 × 5H 2 O (t) à CuSO 4 × 5H 2 O (p)

DH ხსნარი = DH cr = + 11,7 კჯ/მოლი

უწყლო მარილის ხსნარი: CuSO 4 (t) à CuSO 4 (p) à CuSO 4 × 5H 2 O (p)

DH ხსნარი = DH solv + DH cr = - 78,2 + 11,7 = - 66,5 კჯ/მოლი