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 – КW) является величиной постоянной:
КW = [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 сH+. В более точных расчётах следует пользоваться активностью ─ pН = – lg аH+.
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