Как известно, все электролиты, по степени диссоциации, разделяются на 3 типа: сильные, средние и слабые. Вода принадлежит к очень слабым электролитам.
Рассмотрим процесс диссоциации воды:
Несмотря на тот факт, что протоны в воде существуют в виде ионов гидроксония, часто, в сокращенном виде процесс диссоциации воды записывают в следующей форме:
Концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов будет одинаковая и составит 10-7 моль/л.
Так как в воде будет постоянный баланс, появление дополнительных протонов будет приводить к уменьшению гидроксид-ионов, а увеличение гидроксид-ионов приводит к уменьшению протонов.
Для определения и описания концентрации катионов водорода в воде и водных растворах используют такую физическую величину, ка показатель водорода (pH).
Показатель водорода (pH среды) – отрицательный десятичный логарифм концентрации катионов водорода.
Данное значение говорит, что среда раствора (вещества) – нейтральная. Существуют специальные вещества, изменяющие свой свет в зависимости от среды раствора. Данные вещества называются индикаторами.
Кроме данных индикаторов, существуют и другие вещества, меняющие свою окраску в зависимости от среды раствора. Важно помнить, что все индикаторы имеют различные области перехода. Для одних индикаторов выделяется четкая резкая область перехода. Данные индикаторы часто используются для титрования. Для других индикаторов область перехода размытая, плавная.
Из нескольких кислотно-основных индикаторов можно сделать универсальный индикатор.
Расчет показателя водорода среды
Показатель водорода среды можно измерить, но более точно получить данное значение возможно расчетным путем.
Для расчета значения показателя водорода необходимо определить равновесную концентрацию ионов водорода в среде.
Для растворов, концентрация растворенного вещества в которых относительно невелика, равновесную концентрацию ионов водорода можно принять за концентрацию ионов водорода, находящихся в растворе. Для активных веществ, у которых концентрация вещества высокая, необходимо прибегать к расчетам другой физической величины - активности ионов. Это происходит из-за того, что между ионами в растворе происходит взаимодействие, что приводит к изменению равновесной концентрации ионов водорода.
В этой статье мы рассмотрим расчет показателя водорода при невысоких значениях концентрации, в которых активностью ионов можно пренебречь.
Пример: рассчитайте pH раствора, содержащего 0,01 моль хлорида водорода. Считать диссоциацию полной, а активностью ионов пренебречь.
1. Запишем уравнение реакции процесса диссоциации хлорида водорода
2. Согласно уравнению, при полной диссоциации концентрация ионов водорода равна концентрации хлороводорода. Значит, при полной диссоциации, равновесная концентрация ионов водорода составляет 0,01 моль/л
3. Запишем формулу для расчета pH раствора:
При полной диссоциации двухоснованных кислот, количество образуемых протонов в 2 раза больше:
Соответственно, для трехосновных кислот концентрация ионов водорода будет в 3 раза выше.
Кислотно-основное равновесие водных растворов
Водные растворы всегда находятся в равновесии. Величина, определяющая равновесное состояние растворов называется константой равновесия.
Константа равновесия - отношение произведений равновесных концентраций ионов к равновесной концентрации растворенного вещества:
Если рассматривать только числитель данной дроби, мы получаем важную физическую величину - ионное произведение воды:
Зная концентрацию гидроксид-ионов легко рассчитать равновесную концентрацию ионов водорода, и на оборот:
С понятием показатель водорода мы уже знакомы. Введем новое понятие - гидроксильный показатель.
Показатель гидроксид-ионов (гидроксильный показатель) - отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов OH.
Сумма этих двух показателей в водных растворах равна 14 ед.