Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели. Что они характеризуют. Принцип действия индикаторов

Ионное произведение воды.Тщательно очищенная от посторонних примесей вода обладает определенной, хотя и незначительной, электрической проводимостью, заметно возрастающей с повышением температуры.

Наличие электрической проводимости может быть объяснено только тем, что молекулы воды, частично распадаются на ионы, т.е. вода является слабым электролитом. Процесс диссоциации воды может быть записан Н2О+Н2О=Н3О+ОН‾.

Этот процесс называется самоионизацией или автопротолизом.

Константа диссоциации воды может быть вычислена по уравнению (8.16)

Учитывая, что степень распада молекул воды крайне мала, активность ионов в уравнении можно заменить их концентрациями, а концентрацию нераспавшихся молекул воды можно считать равной общей концентрации молекул воды. Концентрацию молекул можно рассчитать, разделив массу 1 литра воды на массу ее моля: 1000/18=55,5 моль/л.

Считая эту величину постоянной, можно уравнение записать в виде (8.17а)

Где Кв – ионное произведение воды. Так как в соответствии с уравнением диссоциации концентрация ионов Н+ и ОН‾ в воде одинаковы, их можно определить, зная ионное произведение воды. [Н+]=[ОН‾]=√Кв=10^(-7) моль/л.

Диссоциация воды – процесс эндотермический, поэтому константа Кв сильно зависит от температуры.

При расчетах, связанных с водными растворами электролитов, используют не концентрации, а активности ионов: (8.17б)

Как всякая константа равновесия, константа Кв не зависит от активностей ионов Н+ и ОН‾ в растворе. Так, если в воду добавить кислоты, активность ионов Н+ резко возрастает. Тогда за счет подавления диссоциации воды равновесие этого процесса сместиться влево и активность ионов ОН‾ в растворе уменьшится, но ионное произведение остается неизменным.

Таким образом, в водных растворах активность ионов Н+ и ОН‾ при постоянной температуре связаны между собой. Достаточно указать активность одного из них, чтобы определить активность другого, пользуясь выражением.

Водородный и гидроксильный показатель. В соответствии с теорией электролитической диссоциацией ионы Н+ являются носителями кислотных свойств, а ионы ОН‾ - носителями основных свойств. Поэтому раствор будет нейтральным, если их концентрации равны, кислым, если концентрация Н+ больше, и щелочным, если концентрация ОН‾ больше.

Для характеристики кислотности (щелочности) среды введен специальный параметр – водородный показатель, или рН. Водородным показателем, или рН, называется взятый с обратным знаком десятичный логарифм активности ионов водорода в растворе(8.18):

Водородный показатель нейтральной среды равен 7, если рН>7 – щелочная среда, рН<7 – кислая.

По уравнению (8.17б) можно по известным значениям активности ионов Н+ рассчитать активность ионов ОН‾(8.19):

По аналогии с рН введен показатель рОН (гидроксильный) (8.20)

И показатель (8.21)

Из уравнений (8.17б – 8.21) следует .

Водородный показатель имеет важное значение для понимания большинства процессов, протекающих в жидкой фазе. Кроме того, эти ионы являются гомогенными катализаторами многих реакций. Величина рН может следить критерием силы кислоты или основания.

Водородный показатель имеет важное значение для жизнедеятельности организма, и отклонение его от нормы приводит к расстройству его деятельности. Также рН влияет на урожайность почвы и экологию водоемов.

Кислотно-основные индикаторы. Кислотно-основными индикаторами называют вещества, меняющие свою окраску в определенной области значений рН раствора. Индикаторами могут быть слабые органические кислоты НInd и основания IndOH, молекулы и ионы которых имеют разную окраску. Будучи введенными в исследуемый раствор диссоциируют по одному из следующих механизмов: .

Так как процесс диссоциации слабых электролитов обратим, положение равновесия в системах зависит от кислотности исследуемого раствора. В кислых растворах индикаторы, представляющие собой слабые кислоты, в соответствии с принципом Ле-Шателье находятся преимущественно в виде молекул и окраска раствора соответствует молекулярной форме индикатора HInd. Индикаторы, являющиеся слабыми основаниями, в растворах кислот, напротив, будут находиться в своей ионной форме Ind+, которая обуславливает окраску раствора.

Константа диссоциации кислотного индикатора запишется в виде:

Некоторые наиболее распространенные индикаторы

Билет №23