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
.