Закон разбавления Оствальда

Пусть для слабого электролита

С – концентрация электролита; α - степень диссоциации; С ^. α - концентрация каждого из ионов; С ^. (1 - α) – концентрация недиссоциированных молекул.

Тогда выражение К _Д запишется:

,

Полученное выражение называется законом Оствальда.

Для разбавленных растворов, если α << 1, то , откуда

.

Полученное выражение показывает, что степень диссоциации возрастает при разбавлении,

и выражает закон разбавления Оствальда.

Итак, поведение слабых электролитов описывается законом Оствальда, а сильных – моделью ионной атмосферы. Но общей теории не создано.

Электролитическая диссоциация воды. Водородный показатель

Ионное произведение воды. Изучение очищенной от примесей воды показало, что она обладает электропроводностью, повышающейся с ростом температуры. Это можно объяснить небольшой самодиссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид-ионы (автопротолизом):

По величине электрической проводимости чистой воды можно вычислить концентрацию ионов гидроксония Н₃О⁺ и гидроксид-ионов в воде. При 25º С она равна 10‾⁷ моль/л.

Константа диссоциации воды может быть вычислена по уравнению

,

Перепишем это уравнение следующим образом:

Поскольку степень диссоциации воды очень мала, то концентрация недиссоциированных молекул Н₂О в воде равна общей концентрации воды, т.е. 55,55 моль/л (1 л содержит 1000 г воды, т.е. 1000/18 = 55,55 моль). В разбавленных растворах концентрацию воды можно считать такой же.

Поэтому, заменив произведение К д 55,55 = К _в новой константой К _в, будем иметь:

[H₃O⁺][OH‾] = K _в.

Полученное уравнение показывает, что для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов гидроксония и гидроксид-ионов есть величина постоянная. Она называется ионным произведением воды.

Численное ее значение можно получить, если подставить концентрации ионов гидроксония и гидроксид-ионов. В чистой воде при 25ºС [H₃O⁺] = [OH‾] = 1·10‾⁷ моль/л. Поэтому для указанной температуры:

К _в = 10‾^7. 10‾⁷ =10‾¹⁴.

Диссоциацию воды часто записывают в более простом виде:

Н₂О = Н⁺ + ОН‾.

К _в – не зависит от концентрации ионов Н⁺ и ОНˉ. Так, если в воду добавить кислоты, концентрация ионов Н⁺ резко возрастет. Тогда за счет подавления диссоциации воды равновесие этого процесса сместится влево и концентрация ионов ОНˉ уменьшится, но ионное произведение воды останется неизменным.

Водородный показатель рН. В соответствии теорией электролитической диссоциации ионы Н⁺ являются носителями кислотных свойств, а ионы ОНˉ - носителями основных свойств. Поэтому раствор будет нейтральным, когда

;

кислым, когда

;

и щелочным, когда

Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен специальный параметр – водородный показатель, или pH.

Водородным показателем, или pH, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм концентрации водородных ионов в растворе:

Из ионного произведения следует:

рН + рОН = 14.

Таким образом, зная рОН, можно легко рассчитать рН, и наоборот, по известному значению рН легко определяется рОН.

Величина рН может служить критерием силы кислоты или основания. В ряду кислот наиболее сильной будет та, у которой при одинаковой молярной концентрации, концентрация ионов Н⁺ выше (рН ниже).

Водородный показатель имеет важное значение для жизнедеятельности организма, так в норме рН сыворотки крови равен 7,40, слюны – 6,35 - 6,85, желудочного сока 0,9 – 1,1. Отклонение рН от нормальных значений приводит к расстройству деятельности организма.