წყლის დენის და ძაბვის დისოციაცია. წყლის ელექტროლიტური დისოციაცია. წყლის დისოციაციის მუდმივი. წყლის იონური პროდუქტი. ორბიტალების ელექტრონის ღრუბლებს განსხვავებული l მნიშვნელობებით აქვთ სხვადასხვა კონფიგურაცია, ხოლო იგივე l-ს აქვთ მსგავსი კონფიგურაცია.

დისოციაციის განსაკუთრებული შემთხვევა (ნივთიერების უფრო დიდი ნაწილაკების - იონების ან რადიკალების მოლეკულები - მცირე ნაწილაკებად დაშლის პროცესი) არის ელექტროლიტური დისოციაცია, რომლის დროსაც ხსნარში მყოფი ნივთიერების ნეიტრალური მოლეკულები (პოლარული ზემოქმედების შედეგად). გამხსნელის მოლეკულები) იშლება დამუხტულ ნაწილაკებად: კატიონებად და ანიონებად. ეს ხსნის დენის გატარების უნარს.

ჩვეულებრივ, ყველა ელექტროლიტი ორ ჯგუფად იყოფა: სუსტი და ძლიერი. წყალი მიეკუთვნება სუსტ ელექტროლიტებს, წყლის დისოციაცია ხასიათდება დისოცირებული მოლეკულების მცირე რაოდენობით, ვინაიდან ისინი საკმაოდ სტაბილურია და პრაქტიკულად არ იშლება იონებად. სუფთა (მინარევების გარეშე) წყალი სუსტად ატარებს ელექტროენერგიას. ეს გამოწვეულია თავად მოლეკულის ქიმიური ბუნებით, როდესაც დადებითად პოლარიზებული წყალბადის ატომები ჩართულია შედარებით მცირე ჟანგბადის ატომის ელექტრონულ გარსში, რომელიც უარყოფითად პოლარიზებულია.

ელექტროლიტების სიძლიერე და სისუსტე ხასიათდება (აღნიშნავს α, ხშირად ეს მნიშვნელობა გამოიხატება% 0-დან 100-მდე ან ერთეულის ფრაქციებში 0-დან 1-მდე) - იონებად დაშლის უნარი, ანუ თანაფარდობა. დაშლილი ნაწილაკების რაოდენობა დაშლის წინ ნაწილაკების რაოდენობას. ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა მჟავები, მარილები და ფუძეები, მთლიანად იშლება იონებად პოლარული ნივთიერებების მოქმედებით. წყლის დისოციაციას თან ახლავს H2O მოლეკულების დაშლა პროტონში H+ და ჰიდროქსილის ჯგუფში OH-. თუ ელექტროლიტების დისოციაციის განტოლებას წარმოვადგენთ სახით: M=K++A-, მაშინ წყლის დისოციაცია შეიძლება გამოისახოს განტოლებით: H2O↔H++OH- და განტოლებით, რომლითაც წყლის დისოციაციის ხარისხია. გამოთვლილი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ორი ფორმით (წარმოქმნილი პროტონების კონცენტრაციით ან წარმოქმნილი ჰიდროქსილის ჯგუფების კონცენტრაციით): α=[H+]/[H2O] ან α=[OH-]/[H2O]. ვინაიდან α-ს მნიშვნელობაზე მოქმედებს არა მხოლოდ ქიმიური ბუნებანივთიერება, არამედ ხსნარის კონცენტრაცია ან მისი ტემპერატურა, მაშინ ჩვეულებრივად არის საუბარი დისოციაციის აშკარა (წარმოსახვითი) ხარისხზე.

სუსტი ელექტროლიტური მოლეკულების, მათ შორის წყლის, იონებად დაშლის ტენდენცია დიდწილად ხასიათდება დისოციაციის მუდმივით (წონასწორობის მუდმივის განსაკუთრებული შემთხვევა), რომელიც ჩვეულებრივ მოიხსენიება როგორც Kd. ამ მნიშვნელობის გამოსათვლელად გამოიყენება მასის მოქმედების კანონი, რომელიც ადგენს თანაფარდობას მიღებული და საწყისი ნივთიერებების მასებს შორის. ელექტროლიტური დისოციაციაწყალი არის წყლის ორიგინალური მოლეკულების დაშლა წყალბადის პროტონებად და ჰიდროქსილის ჯგუფად, ამიტომ იგი გამოიხატება განტოლებით: Kd \u003d [H +] . [OH-]/[H2O]. წყლის ეს მნიშვნელობა მუდმივია და დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურაზე, ტემპერატურაზე, რომელიც ტოლია 25 ° C, Kd = 1.86.10-16.

წყლის მოლური მასის ცოდნა (18 გრამი/მოლი), ისევე როგორც დისოცირებული მოლეკულების კონცენტრაციის უგულებელყოფა და 1 დმ3 წყლის მასის 1000 გ-ად აღებისას, შეგვიძლია გამოვთვალოთ გაუნაწილებელი მოლეკულების კონცენტრაცია 1 დმ3 წყალში: [ Н2О]=1000/18.0153=55.51 მოლ/დმ3. შემდეგ დისოციაციის მუდმივის განტოლებიდან შეიძლება ვიპოვოთ პროტონებისა და ჰიდროქსილის ჯგუფების კონცენტრაციების ნამრავლი: [H+].[OH-]=1.86.10-16.55.51=1.10-14. მოპოვებისას კვადრატული ფესვიმიღებული მნიშვნელობიდან მიიღება პროტონების (წყალბადის იონების) კონცენტრაცია, რომელიც განსაზღვრავს ხსნარის მჟავიანობას და უდრის ჰიდროქსილის ჯგუფების კონცენტრაციას: [H+]=[OH-]=1,10-7.

მაგრამ ბუნებაში, ასეთი სისუფთავის წყალი არ არსებობს მასში გახსნილი გაზების არსებობის ან სხვა ნივთიერებებით წყლის დაბინძურების გამო (სინამდვილეში, წყალი არის სხვადასხვა ელექტროლიტების ხსნარი), შესაბამისად, 25 ° C ტემპერატურაზე, წყალბადის კონცენტრაცია. პროტონები ან ჰიდროქსილის ჯგუფების კონცენტრაცია განსხვავდება 1.10-7. ანუ წყლის მჟავიანობა განპირობებულია არა მხოლოდ ისეთი პროცესის დინებით, როგორიცაა წყლის დისოციაცია. არის წყალბადის იონის კონცენტრაციის უარყოფითი ლოგარითმი (pH), იგი შემოტანილია წყლის მჟავიანობის ან ტუტეობის შესაფასებლად და წყალხსნარები, რადგან ნომრები უარყოფითი ძალებირთული გამოსაყენებელი. სუფთა წყლისთვის pH = 7, მაგრამ რადგან ბუნებაში არ არის სუფთა წყალი და წყლის დაშლა მიმდინარეობს სხვა გახსნილი ელექტროლიტების დაშლასთან ერთად, pH მნიშვნელობა შეიძლება იყოს 7-ზე ნაკლები ან მეტი, ანუ წყლისთვის, პრაქტიკულად, pH ≠ 7.

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 ხსნარში წყალბადის იონების ან ჰიდროქსიდის იონების კონცენტრაციების (აქტივობების) ათობითი ლოგარითმი, რომელიც აღებულია საპირისპირო ნიშნით: 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. AT სოფლის მეურნეობა pH ახასიათებს ნიადაგების მჟავიანობას, ბუნებრივი წყლების ეკოლოგიურ მდგომარეობას და ა.შ.

მჟავა-ტუტოვანი ინდიკატორები არის ქიმიური ნაერთები, რომლებიც იცვლებიან ფერს გარემოს pH-ის მიხედვით, რომელშიც ისინი მდებარეობს. 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 ტიტრარებულ ხსნარში ცნობილი კონცენტრაციის ხსნარის (ტიტრანის) 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 ძმარმჟავას, 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 ჭრილობს C ref, (რადგან სუსტი ელექტროლიტი) და [СH 3 COO - ] = C მარილი (რადგან მარილი ძლიერი ელექტროლიტია), მაშინ . ჰენდერსონ-ჰასელბახის განტოლება:

ამრიგად, ბუფერული სისტემების pH განისაზღვრება მარილისა და მჟავას კონცენტრაციების თანაფარდობით. როდესაც განზავდება, 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 მჟავას 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 ჰიდრატაცია ეწოდება, ხოლო აკვაკომპლექსებს კრისტალური ჰიდრატები.

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

1. 1.განადგურება ბროლის გისოსინივთიერებები DH 0 cr > 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

ბიოლოგიურ პროცესებში უაღრესად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს წყალი, რომელიც წარმოადგენს ადამიანის, ცხოველების, მცენარეების და პროტოზოების ყველა უჯრედისა და ქსოვილის აუცილებელ კომპონენტს (58-დან 97%-მდე). ოთხშაბათიარომლებშიც მიმდინარეობს სხვადასხვა ბიოქიმიური პროცესი.

წყალს აქვს კარგი დაშლის უნარი და იწვევს მასში გახსნილი მრავალი ნივთიერების ელექტროლიტურ დისოციაციას.

ბრონსტედის თეორიის მიხედვით წყლის დისოციაციის პროცესი მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით:

ჰ 2 0+H 2 0 ნ 3 ო + + ოჰ - ; ΔН dis = +56,5 კჯ/მოლ

იმათ. წყლის ერთი მოლეკულა ნებდება, მეორე კი პროტონს უერთდება, ხდება წყლის ავტოიონიზაცია:

ჰ 2 0 ნ + + ოჰ - - დეპროტონაციის რეაქცია

ჰ 2 0 + H + ჰ 3 ო + - პროტონაციის რეაქცია

ელექტრული გამტარობის მეთოდით განსაზღვრული წყლის დისოციაციის მუდმივი 298°K-ზე არის:

a(H +) - H + იონების აქტივობა (მოკლედ, H3O-ის ნაცვლად + ჩაწერეთ H +);

a (OH -) - OH - იონების აქტივობა;

a (H 2 0) - წყლის აქტივობა;

წყლის დისოციაციის ხარისხი ძალიან მცირეა, ამიტომ წყალბადის - და ჰიდროქსიდის - იონების აქტივობა სუფთა წყალში თითქმის უტოლდება მათ კონცენტრაციებს. წყლის კონცენტრაცია მუდმივია და უდრის 55,6 მოლი.

(1000გრ: 18გ/მოლ=55,6მოლი)

ამ მნიშვნელობის ჩანაცვლებით გამოხატულებაში დისოციაციის მუდმივი Kd (H 2 0) და წყალბადის - და ჰიდროქსიდის - იონების აქტივობის ნაცვლად, მათი კონცენტრაციები, მიიღება ახალი გამოხატულება:

K (H 2 0) \u003d C (H +) × C (OH -) \u003d 10 -14 მოლი 2 / ლ 2 298 K-ზე,

უფრო ზუსტად, K (H 2 0) \u003d a (H +) × a (OH -) \u003d 10 -14 მოლი 2 ლ 2 -

K(H 2 0) ეწოდება წყლის იონური პროდუქტი ან ავტოიონიზაციის მუდმივი.

სუფთა წყალში ან ნებისმიერ წყალხსნარში მუდმივ ტემპერატურაზე, წყალბადის - და ჰიდროქსიდის - იონების კონცენტრაციების (აქტივობების) პროდუქტი არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელსაც ეწოდება წყლის იონური პროდუქტი.

მუდმივი K(H 2 0) დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. როდესაც ტემპერატურა იზრდება, ის იზრდება, რადგან. წყლის დისოციაციის პროცესი ენდოთერმულია. სუფთა წყალში ან სხვადასხვა ნივთიერების წყალხსნარებში 298K-ზე წყალბადის და ჰიდროქსიდის იონების აქტივობა (კონცენტრაცია) იქნება:

a (H +) \u003d a (OH -) \u003d K (H 2 0) \u003d 10 -14 \u003d 10 -7 მოლ / ლ.

მჟავე ან ტუტე ხსნარებში ეს კონცენტრაციები აღარ იქნება ერთმანეთის ტოლი, მაგრამ შეიცვლება კონიუგატიურად: ერთის მატებასთან ერთად მეორეც შესაბამისად მცირდება და პირიქით, მაგალითად,

a (H +) \u003d 10 -4, a (OH -) \u003d 10 -10, მათი პროდუქტი ყოველთვის არის 10 -14

წყალბადის მაჩვენებელი

ხარისხობრივად გარემოს რეაქცია გამოიხატება წყალბადის იონების აქტივობით. პრაქტიკაში, ისინი არ იყენებენ ამ მნიშვნელობას, მაგრამ წყალბადის მაჩვენებელი pH - მნიშვნელობა რიცხობრივად ტოლია წყალბადის იონების აქტივობის (კონცენტრაციის) უარყოფით ათობითი ლოგარითმს, გამოხატული მოლ/ლ.

pH= -ლგა(ჰ + ),

და განზავებული ხსნარებისთვის

pH= -lgC(ჰ + ).

სუფთა წყლისა და ნეიტრალური გარემოსთვის 298K pH=7; მჟავა pH ხსნარებისთვის<7, а для щелочных рН>7.

გარემოს რეაქცია ასევე შეიძლება ხასიათდებოდეს ჰიდროქსილის ინდექსით:

RON = -ლგა(ოჰ - )

ან დაახლოებით

RON = -იგC(Oჰ - ).

შესაბამისად ნეიტრალურ გარემოში рОН=рН=7; მჟავე გარემოში pOH> 7 და ტუტე გარემოში pOH<7.

თუ წყლის იონური პროდუქტის გამოთქმის უარყოფით ათობითი ლოგარითმს ავიღებთ, მივიღებთ:

pH + pOH=14.

მაშასადამე, pH და pOH ასევე კონიუგატური რაოდენობებია. მათი ჯამი განზავებული წყალხსნარებისთვის ყოველთვის არის 14. თუ იცის pH, ადვილია გამოთვალოთ pOH:

pH=14 – рОН

და პირიქით:

როჰ= 14 - pH.

ხსნარებში გამოიყოფა აქტიური, პოტენციური (რეზერვი) და მთლიანი მჟავიანობა.

აქტიური მჟავიანობაიზომება წყალბადის იონების აქტივობით (კონცენტრაციით) ხსნარში და განსაზღვრავს ხსნარის pH-ს. ძლიერი მჟავებისა და ფუძეების ხსნარებში pH დამოკიდებულია მჟავის ან ფუძის კონცენტრაციაზე და H იონების აქტივობაზე. + და ის - შეიძლება გამოითვალოს ფორმულების გამოყენებით:

ა (ჰ + )= C(l/z მჟავა)×α თითოეული; pH \u003d - lg a (H + )

a (OH - )=C(l/z ფუძე)×α თითოეული; pH \u003d - lg a (OH - )

pH= - lgC(l/z მჟავა) – ძლიერი მჟავების უკიდურესად განზავებული ხსნარებისთვის

РОН= - lgC(l/z ფუძე) - ფუძეთა უკიდურესად განზავებული ხსნარებისთვის

პოტენციური მჟავიანობაიზომება მჟავის მოლეკულებში შეკრული წყალბადის იონების რაოდენობით, ე.ი. წარმოადგენს არადისოცირებული მჟავის მოლეკულების „რეზერვს“.

ზოგადი მჟავიანობა- აქტიური და პოტენციური მჟავიანობის ჯამი, რომელიც განისაზღვრება მჟავის ანალიტიკური კონცენტრაციით და დგინდება ტიტრირებით.

ცოცხალი ორგანიზმების ერთ-ერთი საოცარი თვისებაა მჟავა-ტუტოვანი

ჰომეოსტაზი -ბიოლოგიური სითხეების, ქსოვილებისა და ორგანიზმების pH-ის მუდმივობა. ცხრილში 1 მოცემულია ზოგიერთი ბიოლოგიური ობიექტის pH მნიშვნელობები.

ცხრილი 1

ცხრილის მონაცემებიდან ჩანს, რომ ადამიანის ორგანიზმში სხვადასხვა სითხეების pH მერყეობს საკმაოდ ფართო დიაპაზონში, ადგილმდებარეობის მიხედვით. სისხლი,სხვა ბიოლოგიური სითხეების მსგავსად, მიდრეკილია შეინარჩუნოს pH მნიშვნელობის მუდმივი მნიშვნელობა, რომლის მნიშვნელობები წარმოდგენილია ცხრილში 2.

მაგიდა 2

pH-ის ცვლილება მითითებული მნიშვნელობებიდან მხოლოდ 0,3-ით ზრდის ან შემცირებისკენ იწვევს ფერმენტული პროცესების გაცვლის ცვლილებას, რაც იწვევს ადამიანში სერიოზულ დაავადებას. pH-ის მხოლოდ 0.4 ცვლილება უკვე სიცოცხლესთან შეუთავსებელია. მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის რეგულირებაში მონაწილეობს სისხლის შემდეგი ბუფერული სისტემები: ჰემოგლობინი, ბიკარბონატი, ცილა და ფოსფატი. თითოეული სისტემის წილი ბუფერულ სიმძლავრეში წარმოდგენილია ცხრილში 3.

ცხრილი 3

სხეულის ყველა ბუფერული სისტემა მოქმედების მექანიზმის მიხედვით ერთნაირია, რადგან ისინი შედგება სუსტი მჟავისგან: ნახშირბადის, დიჰიდროფოსფორული (დიჰიდროფოსფატის იონი), ცილა, ჰემოგლობინი (ოქსოჰემოგლობინი) და ამ მჟავების მარილები, ძირითადად ნატრიუმი, სუსტი ფუძეების თვისებებით. მაგრამ ვინაიდან ბიკარბონატულ სისტემას სხეულში არ აქვს თანაბარი რეაქციის სიჩქარის თვალსაზრისით, ჩვენ განვიხილავთ უნარს, შევინარჩუნოთ ორგანიზმში გარემოს მუდმივობა ამ სისტემის დახმარებით.

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. წყლის ელექტროლიტური დისოციაციის პროცესი შესაძლებელია O-H ობლიგაციების საკმაოდ მაღალი პოლარობის და წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების სისტემის არსებობის გამო. 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 ეწოდება 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.

სუფთა წყალს, თუმცა ცუდი (ელექტროლიტური ხსნარებთან შედარებით), შეუძლია ელექტროენერგიის გატარება. ეს გამოწვეულია წყლის მოლეკულის ორ იონად დაშლის (დისოციაციის) უნარით, რომლებიც ელექტრული დენის გამტარებია სუფთა წყალში (ქვემოთ დისოციაცია ნიშნავს ელექტროლიტურ დისოციაციას - იონებად დაშლა):

წყალბადის ინდექსი (pH) არის მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს წყალბადის იონების აქტივობას ან კონცენტრაციას ხსნარებში. წყალბადის ინდექსი აღინიშნება pH-ით. წყალბადის ინდექსი რიცხობრივად უდრის წყალბადის იონების აქტივობის ან კონცენტრაციის უარყოფით ათობითი ლოგარითმს, გამოხატული მოლებით ლიტრზე: pH=-lg[H+] თუ [H+]>10-7 მოლ/ლ, [OH-]<10-7моль/л -среда кислая; рН<7.Если [ H+ ]<10-7 моль/л, [ OH-]>10-7მოლ/ლ - ტუტე გარემო; pH>7. მარილის ჰიდროლიზი- ეს არის მარილის იონების ქიმიური ურთიერთქმედება წყლის იონებთან, რაც იწვევს სუსტი ელექტროლიტის წარმოქმნას. ერთი). ჰიდროლიზი შეუძლებელია ძლიერი ფუძისა და ძლიერი მჟავისგან წარმოქმნილი მარილი ( KBr, NaCl, NaNO3), არ გაივლის ჰიდროლიზს, ვინაიდან ამ შემთხვევაში არ წარმოიქმნება სუსტი ელექტროლიტი.ასეთი ხსნარების pH = 7. გარემოს რეაქცია ნეიტრალური რჩება. 2). ჰიდროლიზი კატიონში (მხოლოდ კატიონი რეაგირებს წყალთან). სუსტი ფუძით და ძლიერი მჟავით წარმოქმნილ მარილში

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

კატიონი გადის ჰიდროლიზს:

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

ჰიდროლიზის შედეგად წარმოიქმნება სუსტი ელექტროლიტი, H + იონი და სხვა იონები. ხსნარის pH< 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)

განიცდის ჰიდროლიზს ანიონის მიერ, რის შედეგადაც წარმოიქმნება სუსტი ელექტროლიტი, ჰიდროქსიდი იონი OH- და სხვა იონები.

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

ასეთი ხსნარების pH არის > 7 (ხსნარი იძენს ტუტე რეაქციას).4). ერთობლივი ჰიდროლიზი (როგორც კატიონი, ასევე ანიონი რეაგირებენ წყალთან). მარილი წარმოიქმნება სუსტი ფუძისა და სუსტი მჟავისგან

(CH 3COONH 4, (NH 4) 2CO 3, Al2S3),

ჰიდროლიზებს როგორც კატიონს, ასევე ანიონს. შედეგად წარმოიქმნება დაბალი დისოციაციური ბაზა და მჟავა. ასეთი მარილების ხსნარის pH დამოკიდებულია მჟავისა და ფუძის შედარებით სიძლიერეზე. მჟავისა და ფუძის სიძლიერის საზომია შესაბამისი რეაგენტის დისოციაციის მუდმივი. ამ ხსნარების გარემოს რეაქცია შეიძლება იყოს ნეიტრალური, ოდნავ მჟავე ან ოდნავ ტუტე:

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

ჰიდროლიზი შექცევადი პროცესია. ჰიდროლიზი შეუქცევადად მიმდინარეობს, თუ რეაქცია წარმოქმნის უხსნად ფუძეს და (ან) აქროლად მჟავას.