Теоретические сведения. Вода – слабый электролит

Вода – слабый электролит. Она полярна и находится в виде гидратированных кластеров. Благодаря тепловому движению связь разрывается, происходит взаимодействие: Н₂О↔[Н₃О]⁺*.пН₂О + ОН^-.рН₂О

Происходит самоионизация воды. Водородная связь превращается в ковалентную (по донорно-акцепторному механизму).

Самоионизация (автопротолиз) воды – реакция переноса протона от одной молекулы к другой.

2Н₂О↔Н₃О⁺ +ОН^- Δ_дH^о₂₉₈=+56,5 кДж∙моль^-1

Упрощенно процесс ионизации воды записывается как: Н₂О↔Н⁺ + ОН^-, однако истинные процессы эта реакция не изображает. Исходя из закона действующих масс можно записать константу равновесия этого процесса:

К_д = = = 1,82∙10^-16моль∙дм^-3

На основании измерения электропроводности чистой воды было найдено, что хотя в 1л ее содержится , на ионы распадается только 10^-7 моль, поэтому концентрацию недиссоциированной воды принимаем за 55,56 моль.

К_д∙ [H₂O] = [H⁺]∙[OH^-] = 1,82∙10^-16∙55,56 = 1,00∙10^-14 = К_w

К_w – ионное произведение воды, соnst для водных растворов.

К_w - произведение концентраций ионов водорода и гидроксид иона при постоянной температуре есть величина постоянная и равна 10^-14 в любом вводом растворе.

Если [H⁺]=[OH^-]=10^-7 моль/дм³ – раствор нейтральный. рН=7

[H⁺]>[OH^-] [H⁺]=10^-1до 10^-7моль/дм³ – раствор кислый. рН<7

[H⁺]<[OH^-] [H⁺]=10^-7до 10^-14моль/дм³ – раствор щелочной. рН>7

В 1909 году Серенсен для обозначения концентраций [H⁺] и [OH^-] ввел новые обозначения:

-lg[H⁺]=рН – водородный показатель

-lg[ОH^-]=рОН – гидроксильный показатель

Прологарифмировав уравнения расчета ионного произведения воды получаем:

-lgK_W = 14 = -lg[H⁺]+(-lg[ОH^-])

pH + pOH = 14 pH = 14 - pOH

Протекание различных химических процессов сильно зависит от реакции среды в растворе. Поэтому величина рН раствора является важнейшим показателем, который нужно контролировать.

Определение рН имеет большое значение и в биохимии: все физиологические процесс происходят при определенной рН (пипсин, рН крови = 7,4, изменение хотя бы на 0,1 – смерть, рН слюны = 6,9, рН слез = 7).

Методы определения рН:

1. химический

2. инструментальный

Простейший способ контроля рН – применение индикаторов – веществ, окраска которых зависит от величины рН. По химической природе это слабые органические кислоты или основания и отличаются тем, что их молекулярной форме присуща окраска, не совпадающая с окраской их ионной формы:

Н Инд↔Н⁺ + Инд^-

ИндОН↔ОН^- + Инд⁺

Действие индикатора основано на смещении ионного равновесия в растворе слабого электролита.

Для каждого индикатора существует диапазон рН (указывает среду), в котором наблюдается изменение окраски. Область перехода окраски каждого индикатора зависит от его константы диссоциации (табл. 50).

Таблица 50