Электростатическое взаимодействие полярных молекул воды приводит к их самоионизации: 2 + + или в упрощенной форме + + ;
Константа диссоциации воды весьма мала:
при 25 °С.
Принимая поэтому концентрацию воды величиной практически постоянной, можно записать
Кд = = .
Но концентрация воды равна 1000 / 18 = 55.56 моль , отсюда получаем = 55.56 = = .
Произведение концентраций ионов водорода и ионов гидроксида называется ионным произведением воды ( ). Ионное произведение воды есть величина постоянная при постоянной температуре.
В чистой воде и нейтральных растворах
= = моль .
Математически более удобной характеристикой среды является водородный показатель pH, равный десятичному логарифму концентрации водородных ионов, взятому с обратным знаком: pH = -lg . Тогда pH различных растворов будут иметь следующие значения:
кислотный pH < 7.
нейтральный pH = 7,
щелочной pH > 7.
Аналогично, отрицательный десятичный логарифм концентрации гидроксо-ионов называется гидроксильным показателем и обозначается рОН.
|
|
Следовательно, ; ; pH + рОН = 14.
Пример 1. Вычисление водородного показателя раствора.
Вычислите водородный показатель pH раствора гидроксида натрия, содержащегося в растворе в концентрации 4.2 моль .
Решение. Концентрация ионов в растворе NaOH равна:
4.2 моль .
Исходя из ионного произведения воды Кв, находим концентрацию ионов водорода:
= 0.24 .
Водородный показатель раствора NaOH равен:
pH = - lg() = - lg(0.24 ) = 11.62.
Пример 2. Определение концентрации ионов и в растворах сильных кислот и оснований.
Определите концентрацию ионов водорода и pH в 0.01 М растворе соляной кислоты.
Решение. Соляная кислота - сильный электролит, в растворе полностью диссоциирует на ионы: НСl + . Концентрация ионов численно равна концентрации HCI. Из 0.01 моль HCI образуется 0.01 моль иона .
Отсюда, = 0.01 = 1 ; pH = -Ig = 2.
Пример 3. Вычисление pH сильного электролита с учетом его коэффициента активности.
Найдите водородный показатель раствора , если его молярная концентрация равна 0.178 моль .
Решение. При значительной концентрации сильного электролита его активная концентрация существенно отличается от истинной. Поэтому в таких случаях нужно вводить поправку на активность электролита. Определяем ионную силу раствора :
J = (0.178 + 0.178 ) = 0.356/2 = 0.178.
Далее по вычисленной ионной силе находим коэффициент активности иона : f() = 0.838. Тогда активность ионов : a() = 0.83 0.178 = 0.148. Водородный показатель раствора равен:
pH = -Ig а() = -Ig 0.148 = 0.83.
Пример 4. Определение концентрации ионов и в растворах слабых кислот и оснований.
Концентрации и ионов в растворах слабой кислоты и слабого основания могут быть вычислены, если известны их константы диссоциации.
|
|
В общем виде формула для вычисления концентрации в растворе слабой кислоты: = ;
Концентрация ионов и в растворе слабого основания может быть вычислена по формуле:
; ; .
Определите концентрацию , , pH и рОН в 0.03 М растворе муравьиной кислоты, если = 2.1 .