Disocierea apei. Produsul ionic al apei pH-ul și pH-ul soluțiilor. Disocierea electrolitică a apei. Produs ionic al apei. Indicele de hidrogen al mediului. Conceptul de indicatori Ce ioni se formează în timpul disocierii apei

Apa pură, deși săracă (în comparație cu soluțiile de electroliți), poate conduce curent electric. Acest lucru este cauzat de capacitatea unei molecule de apă de a se dezintegra (disocia) în doi ioni, care sunt conductori de curent electric în apa pură (mai jos, disocierea înseamnă disociere electrolitică - dezintegrare în ioni):

valoarea pH-ului(pH) este o valoare care caracterizează activitatea sau concentrația ionilor de hidrogen în soluții. Indicatorul de hidrogen este indicat prin pH. Indicele de hidrogen este numeric egal cu logaritmul zecimal negativ al activității sau concentrației ionilor de hidrogen, exprimat în moli pe litru: pH=-log[ H+ ] Dacă [ H+ ]>10-7mol/l, [ OH-]<10-7моль/л -среда кислая; рН<7.Если [ H+ ]<10-7 моль/л, [ OH-]>10-7mol/l - mediu alcalin; pH>7. Hidroliza sărurilor- aceasta este interacțiunea chimică a ionilor de sare cu ionii de apă, ceea ce duce la formarea unui electrolit slab. 1). Hidroliza nu este posibilăSare formată dintr-o bază tare și un acid tare ( KBr, NaCl, NaNO3), nu va suferi hidroliză, deoarece în acest caz nu se formează un electrolit slab pH-ul unor astfel de soluții = 7. Reacția mediului rămâne neutră. 2). Hidroliza prin cation (doar cationul reactioneaza cu apa). Într-o sare formată dintr-o bază slabă și un acid tare

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

Cationul suferă hidroliză:

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

Ca urmare a hidrolizei, se formează un electrolit slab, ion H+ și alți ioni. pH-ul soluției< 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)

suferă hidroliză la nivelul anionului, ducând la formarea unui electrolit slab, ion hidroxid OH- și alți ioni.

K2SiO3 + HOH<=>KHSiO3 + KOH 2K+ +SiO32- + H+ + OH-<=>НSiO3- + 2K+ + ОН-

pH-ul unor astfel de soluții este > 7 (soluția devine alcalină). Hidroliza articulațiilor (atât cationul, cât și anionul reacţionează cu apa). Sare formată dintr-o bază slabă și un acid slab

(CH 3COONH 4, (NН 4)2СО 3, Al2S3),

hidrolizează atât cationul, cât și anionul. Ca rezultat, se formează o bază și un acid ușor disociante. pH-ul soluțiilor de astfel de săruri depinde de puterea relativă a acidului și a bazei. O măsură a puterii unui acid și a unei baze este constanta de disociere a reactivului corespunzător. Reacția mediului acestor soluții poate fi neutră, ușor acidă sau ușor alcalină:

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

Hidroliza este un proces reversibil. Hidroliza este ireversibilă dacă reacția are ca rezultat formarea unei baze insolubile și (sau) a unui acid volatil.

Un caz special de disociere (procesul de dezintegrare a particulelor mai mari ale unei substanțe - molecule de ioni sau radicali - în particule mai mici) este disocierea electrolitică, în care molecule neutre ale unei substanțe numite electrolit în soluție (ca urmare a acțiunii moleculele unui solvent polar) se dezintegrează în particule încărcate: cationi și anioni. Aceasta explică capacitatea de a conduce curentul.

Se obișnuiește să se împartă toți electroliții în două grupe: slabi și puternici. Apa este un electrolit slab; disocierea apei se caracterizează printr-un număr mic de molecule disociate, deoarece acestea sunt destul de stabile și practic nu se dezintegrează în ioni. Apa pură (fără impurități) conduce slab curentul electric. Acest lucru se datorează naturii chimice a moleculei în sine, atunci când atomii de hidrogen polarizați pozitiv sunt încorporați în învelișul de electroni a unui atom de oxigen relativ mic, care este polarizat negativ.

Rezistența și slăbiciunea electroliților este caracterizată (notat cu α, adesea această valoare este exprimată în% de la 0 la 100 sau în fracțiuni de unitate de la 0 la 1) - capacitatea de a se dezintegra în ioni, adică raportul dintre numărul de particule dezintegrate la numărul de particule înainte de dezintegrare. Substanțele precum acizii, sărurile și bazele se dezintegrează complet în ioni sub influența agenților polari. Disocierea apei este însoțită de descompunerea moleculelor de H2O în protonul H+ și gruparea OH- hidroxil. Dacă prezentăm ecuația de disociere a electroliților sub forma: M=K++A-, atunci disocierea apei poate fi exprimată prin ecuația: H2O↔H++OH-, iar ecuația cu care este gradul de disociere a apei. calculată poate fi prezentată în două forme (prin concentrația de protoni formați sau concentrația de protoni formați grupări hidroxil): α=[H+]/[H2O] sau α=[OH-]/[H2O]. Deoarece valoarea lui α este influențată nu numai natura chimica substanță, dar și concentrația soluției sau temperatura acesteia, atunci se obișnuiește să se vorbească despre gradul aparent (imaginar) de disociere.

Tendința moleculelor de electroliți slabi, inclusiv apa, de a se dezintegra în ioni este caracterizată în mare parte prin constanta de disociere ( caz special constanta de echilibru), care este de obicei notat cu Kd. Pentru a calcula această valoare se aplică legea acțiunii masei, care stabilește raportul dintre masele substanțelor obținute și cele inițiale. Disocierea electrolitică a apei este descompunerea moleculelor inițiale de apă în protoni de hidrogen și o grupare hidroxil, de aceea este exprimată prin ecuația: Kd = [H+]. [OH-]/[H2O]. Această valoare pentru apă este constantă și depinde doar de temperatură, la o temperatură de 25 ° C, Kd = 1,86,10-16.

știind masa molara apă (18 grame/mol), și, de asemenea, neglijând concentrația de molecule disociate și luând masa a 1 dm3 de apă ca 1000 g, putem calcula concentrația de molecule nedisociate în 1 dm3 de apă: [H2O] = 1000/18,0153 = 55,51 mol/dm3. Apoi din ecuația constantei de disociere se poate găsi produsul concentrațiilor de protoni și grupări hidroxil: [H+].[OH-]=1,86,10-16,55,51=1,10-14. La extragere rădăcină pătrată din valoarea obţinută se obţine concentraţia de protoni (ioni de hidrogen), care determină aciditatea soluţiei şi este egală cu concentraţia grupelor hidroxil: [H+]=[OH-]=1,10-7.

Dar în natură, apa de o asemenea puritate nu există din cauza prezenței gazelor dizolvate în ea sau a contaminării apei cu alte substanțe (de fapt, apa este o soluție de diverși electroliți), prin urmare la 25 ° C concentrația de protoni de hidrogen sau concentrația grupărilor hidroxil diferă de valoarea de 1,10-7. Adică, aciditatea apei este cauzată nu numai de un proces precum disocierea apei. este logaritmul negativ al concentrației ionilor de hidrogen (pH), se introduce pentru a estima aciditatea sau alcalinitatea apei și solutii apoase, deoarece numerele cu puteri negative sunt greu de folosit. Pentru apa pură, pH = 7, dar deoarece nu există apă pură în natură, iar disocierea apei are loc odată cu dezintegrarea altor electroliți dizolvați, valoarea pH-ului poate fi mai mică sau mai mare de 7, adică pentru apă, practic, pH≠7.

Apă- electrolit amfoter slab.

Ecuația pentru ionizarea apei ținând cont de hidratarea ionilor de hidrogen H + este următoarea:

Fără a ține cont de hidratarea ionilor H +, ecuația de disociere a apei are forma:

După cum se poate observa din a doua ecuație, concentrațiile ionilor de hidrogen H + și ionilor de hidroxid OH - în apă sunt aceleași. La 25 o C [H + ] = [OH - ] = 10 -7 mol/l.

Produsul dintre concentrațiile ionilor de hidrogen și ionilor de hidroxid se numește produs ionic al apei(KH2O).

KH2O = ∙

K H 2 O este o valoare constantă, iar la o temperatură de 25 o C

K H 2 O = 10 -7 ∙10 -7 = 10 -14

În soluțiile apoase diluate de electroliți, ca și în apă, produsul dintre concentrațiile ionilor de hidrogen H + și ionilor de hidroxid OH - este o valoare constantă la o temperatură dată. Produs ionic apa face posibil ca orice soluție apoasă să calculeze concentrația ionilor de hidroxid OH - dacă este cunoscută concentrația de ioni de hidrogen H + și invers.

Mediul oricărei soluții apoase poate fi caracterizat prin concentrația de ioni de hidrogen H + sau de ioni de hidroxid OH -.

Există trei tipuri de medii în soluții apoase: neutre, alcaline și acide.

Mediu neutru este un mediu în care concentrația ionilor de hidrogen este egală cu concentrația ionilor de hidroxid:

[H+] = = 10-7 mol/l

Mediu acid este un mediu în care concentrația de ioni de hidrogen este mai mare decât concentrația de ioni de hidroxid:

[H+] > [OH-], > 10-7 mol/l

Mediu alcalin este un mediu în care concentrația ionilor de hidrogen este mai mică decât concentrația ionilor de hidroxid:

< , < 10 -7 моль/л

Pentru a caracteriza mediile de soluție, este convenabil să folosiți așa-numita valoare pH (pH).

valoarea pH-ului se numeşte logaritm zecimal negativ al concentraţiei ionilor de hidrogen: pH = -log.

De exemplu, dacă = 10 -3 mol/l, atunci pH = 3, mediul de soluție este acid; dacă [H + ] = 10 -12 mol/l, atunci pH = 12, mediul de soluție este alcalin:

pH-ul este mai mic de 7, cu atât soluția este mai acidă. pH-ul este mai mare de 7, cu atât alcalinitatea soluției este mai mare.

Relația dintre concentrația ionilor H +, valoarea pH-ului și mediul soluției este prezentată în următoarea diagramă:

Există diferite metode de măsurare a pH-ului. Calitativ, natura mediului de soluții apoase de electroliți este determinată folosind indicatori.

Indicatori sunt substanțe care își schimbă reversibil culoarea în funcție de mediul soluției, adică de pH-ul soluției.

În practică, se folosesc indicatori turnesol, metil portocală (metil portocală) și fenolftaleină. Își schimbă culoarea într-un interval mic de pH: turnesol - în intervalul de pH de la 5,0 la 8,0; metil portocală - de la 3,1 la 4,4 și fenolftaleină - de la 8,2 la 10,0.

Schimbarea culorii indicatorilor este prezentată în diagramă:

Zonele umbrite arată intervalul de modificări ale culorii indicatorului.

În plus față de indicatorii de mai sus, este utilizat și un indicator universal, care poate fi utilizat pentru a determina aproximativ pH-ul într-un interval larg de la 0 la 14.

Valoarea pH-ului are mare valoareîn chimie şi procese biologice, deoarece în funcție de natura mediului, aceste procese pot avea loc cu viteze diferite și în direcții diferite.

Prin urmare, determinarea pH-ului soluțiilor este foarte importantă în medicină, știință, tehnologie, agricultură. Modificarea pH-ului sângelui sau al sucului gastric este un test de diagnostic în medicină. Abaterile pH-ului de la valorile normale, chiar și cu 0,01 unități, indică procese patologice în organism. Constanța concentrațiilor ionilor de hidrogen H + este una dintre constantele importante ale mediului intern al organismelor vii.

Astfel, cu aciditate normală, sucul gastric are un pH de 1,7; pH-ul sângelui uman este de 7,4; saliva - 6,9. Fiecare enzimă funcționează la o anumită valoare a pH-ului: catalaza din sânge la pH 7 suc gastric pepsină - la pH 1,5-2; etc.

Conduce electricitatea foarte prost, dar totuși are o conductivitate electrică măsurabilă, co ceea ce se explică printr-o uşoară disociere a apei în hidrogen și ioni hidroxil:

H2O ⇄ H + OH’

Pe baza conductivității electrice a apei pure, se poate calcula concentrația ionilor de hidrogen și a ionilor de hidroxil în apă. Se dovedește a fi egal cu 10 -7 G-ion /l.

Aplicând legea acțiunii în masă la disocierea apei, putem scrie:

Să rescriem această ecuație după cum urmează:

[OH'] = [H2O]K

Deoarece există foarte puțină apă, concentrația moleculelor de H 2 O nedisociate nu numai în apă, ci și în orice soluție apoasă diluată poate fi considerată o valoare constantă. Prin urmare, înlocuind [H 2 O] K cu noua constantă KH 2 O, vom avea:

[H] [OH’] = LA H2O

Ecuația rezultată arată că pentru apă și soluții apoase diluate la o temperatură constantă, produsul dintre concentrațiile ionilor de hidrogen și hidroxil este o valoare constantă. Această constantă se numește produsul ionic al apei. Valoarea sa numerică poate fi obținută cu ușurință prin înlocuirea concentrațiilor de ioni de hidrogen și hidroxil în ultima ecuație

LA H2O = 10 -7 10 -7 = 10 -14

Soluții în care concentrația de hidrogen și concentrația de ioni de hidroxil sunt aceleași și egale cu fiecare 10 —7 g-ion/l se numesc soluții neutre.În soluții acide mai multa concentrare ioni de hidrogen, în cei alcalini - concentrația ionilor de hidroxil. Dar oricare ar fi reacția soluției, produsul concentrațiilor ionilor de H și OH’ trebuie să rămână constant.

Dacă, de exemplu, se adaugă suficient acid în apa pură, astfel încât concentrația de ioni de hidrogen să crească la 10 -3, concentrația de ioni de hidroxil va trebui să scadă, astfel încât produsul [H] [OH'] să rămână egal cu 10 - 14. Prin urmare, în această soluție concentrația ionilor de hidroxil va fi:

10 -14: 10 -3 = 10 -11

Dimpotrivă, dacă adăugați alcali în apă și creșteți astfel concentrația de ioni de hidroxil, de exemplu, la 10 -5, concentrația de ioni de hidrogen va deveni egală cu:

10 -14: 10 -5 = 10 -9

Citiți un articol pe tema Disociarea apei