Ионное произведение воды(KW) 77 pH кислот и оснований

Кислотно-основные равновесия. Водородный показатель рН

Вода является очень слабым электролитом и диссоциирует по уравнению

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^‾.

В любом водном растворе при 22 ⁰С произведение концентраций ионов воды (ионное произведение воды – К_W) является величиной постоянной:

К_W = [Н⁺] ∙ [OH^─] = 10^–14,

где [Н⁺] ─ равновесная концентрация ионов Н⁺;

[OH^─] ─ равновесная концентрация ионов ОН^─.

В нейтральной среде [Н⁺] = [OH^─] = 10^–7моль/л;

в кислой среде [Н⁺] > [OH^─],т.е.[Н⁺] > 10^–7моль/л,

например [Н⁺] = 10^–6моль/л;

в щелочной среде [Н⁺] < [OH^─],т.е.[Н⁺] < 10^–7моль/л,

например [Н⁺] = 10^–8моль/л

76 водородный показатель pH как мера кислотности и щелочности среды .

Реакция среды характеризуется через водородный показатель

pH = ─ lg [Н⁺].

При решении задач будем пользоваться формулой pН = – lg с_H+. В более точных расчётах следует пользоваться активностью ─ pН = – lg а_H+.

Если подставить значения концентраций ионов водорода с _H+, полученные в вышеприведённом примере,в формулу для вычисления рН, то получим:

в нейтральной среде: рН = ─ lg 10^–7 = 7;

в кислой среде: рН = ─ lg 10^–6 = 6;

в щелочной среде: рН = ─ lg 10^–8= 8.

Следовательно:

в нейтральной среде рН=7, в кислой ─ рН<7, в щелочной ─ рН>7.

Данные сведения находят отражение в шкале рН (рис. 4.8).

сн+10–1 10–2 10–3 10–4 10–5 10–610–710–8 10–9 10–10 10–11 10–12 10–13 10–14 рН 1 2 3 4 5 678 9 10 11 12 13 14

рН

0 рН<7 7рН>7 14 Кислая нейтральная щелочная

Рис. 4.8 – Шкала рН

Понятия об индикаторах.

Наиболее простым способом оценки рН среды является использование кислотно-основных индикаторов, которые по своему составу относятся к слабым органическим кислотам или основаниям. Например, индикатор метиловый оранжевый представляет слабую органическую кислоту, электролитическую диссоциацию которой условно можно представить следующим образом:

HJnd ↔ H⁺ + Jnd^– .

Кислотная форма основная форма

(красная) (жёлтая)

Окраска индикаторов в различных средах.

Окраска индикаторов зависит от строения молекул и определяется наличием особых групп – хромофоров. Изменение окраски индикатора происходит в определённом интервале рН:

Индикатор Окраска индикаторов в средах: кислой нейтральной щелочной

Лакмус Метилоранж Фенолфталеин Универсальный

Рис. 4.9 – Окраска некоторых индикаторов в различных средах