Диссоциация воды. Гидролиз солей. Буферные растворы

Вода - слабый амфотерный электролит. Молекулы воды могут как отдавать, так и присоединять катионы водорода Н⁺. В результате взаимодействия между молекулами в воде всегда присутствуют гидроксид-ионы ОН^- и катионы водорода Н⁺ :

 2 H₂O   H₃O⁺+ OH^-

или                                              H₂O  H⁺+ OH^-

 Количественно диссоциация воды описывается константой диссоциации:

=1,86·10 ^-16 (22 ⁰С)

и ионным произведением воды

К_д • [H₂O]= К_w=[H⁺] • [ OH^-].

 Молярная концентрация воды равна [H₂O] равна:  1000:18=55,56 моль/л, Подставив это значение, получим:

К_w= [ H⁺] • [ OH^-] = 1,86 10 ^-16 • 55,56 = 10^-14

Произведение концентраций ионов водорода на концентрацию гидроксид - ионов называется ионным произведением воды (К_w). Ионное произведение воды есть величина постоянная при постоянной температуре:

[ H⁺]• [ОH^-] = 10^-14    ( при температуре 22 ⁰).

 

                                    Среда раствора

От количественного соотношения концентраций катионов водорода (протонов) H⁺ и гидроксид-анионов ОН^- зависит среда раствора.

Для водных растворов существуют три типа среды:

1) нейтральная среда:   [Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 моль/л;

2) кислая среда::            [Н⁺] > [ОН^-] [Н⁺] > 10^-7 моль/л;

3 ) щелочная среда::      [Н⁺] <  [ОН^-]    [Н⁺] < 10^-7 моль/л.

 

                                 Водородный показатель

Водородный показатель pH - отрицательный десятичный логарифм концентрации (активности) катионов водорода в растворе:

рН = - lg[H⁺]

Концентрацию [ОН^-] также можно выразить через  гидроксидный показатель - pOH:

    рОН = - lg[ОH^-]

Если прологарифмировать уравнение ионного произведения воды, то получим:                                                  pH + pOH = 14

В нейтральных растворах рН = 7.

В кислых растворах рН < 7.

В щелочных растворах рН > 7.

Пример 1. Вычислить рН раствора хлороводородной кислоты с молярной концентрацией 0,001 моль/л.

Решение. НСI – это сильная кислота, в водном растворе она полностью диссоциирует на ионы:

НСI = Н⁺ + СI^-

поэтому концентрация катионов водорода в растворе сильной кислоты равна концентрации этой кислоты:

[H⁺] = С (НСI); [H⁺] = 0,001 = 10^-3 моль/л.

Рассчитаем рН: рН = - lg[H⁺] = - lg10^-3 = 3.

Пример 2. Вычислить рН раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией 0,001 моль/л.

Решение. КОН - это сильное основание, в водном растворе полностью диссоциирует на ионы:

КОН = К⁺ + ОН^-

поэтому концентрация гидроксид-ионов в растворе сильного основания равна концентрации этого основания:

[ОН^-] = С(КОН); [ОН^-] = 0,001 = 10^-3

pOH = - lg [OH^-]= - lg 10^-3 = 3

так как pH + pOH = 14, то рН = 14 – рОН; рН = 14 – 3 = 11.

 

Индикаторы

Для приблизительного определения рН служат кислотно-основные индикаторы.