Диссоциация воды. Ионное произведение воды

Количественная характеристика кислот и оснований по теории Бренстеда – Лоури.

Пример 1:..

СН₃СООН + НОН ↔ СН₃СОО^- + Н₃О⁺

кислота основание сопряж. основание сопряж. кислота

Поскольку этот процесс обратим, то он характеризуется равновесием:

К_с = [СН₃СОО^-]·[Н₃О⁺] / [СН₃СООН]·[НОН]

К_с · [Н₂О] = [СН₃СОО^-]·[Н₃О⁺] / [СН₃СООН]

К_а = [СН₃СОО^-]·[Н⁺] / [СН₃СООН] – константа кислотности

Чем больше константа кислотности, тем сильнее кислота, например: К_а (СН₃СООН) = 1,75·10^-5; К_а (Н₂СО₃) = 4,7·10^-7.

Так как величины констант кислотности очень малы, то удобнее использовать не абсолютные значения констант кислотности, а их отрицательные логарифмы – показатели кислотности - рК_а.

рК_а = -lg К_а

рК_а (СН₃СООН) = -lg 1,75·10^-5 = 4,76

рК_а (Н₂СО₃) = -lg 4,7·10^-7 = 6,33

Чем больше показатель кислотности, тем слабее кислота и наоборот.

Пример 2:..

NH₃ + HOH ↔ NH₄⁺ + OH^-

основание кислота сопряж. кислота сопряж. основание

К_с = [NH₄⁺]·[ОH^-] / [NН₃]·[НОН]

К_с · [НОН] = [NH₄⁺]·[ОH^-] / [NН₃]

К_в = [NH₄⁺]·[ОH^-] / [NН₃] – константа основности.

Чем выше константа основности, тем сильнее основание. Так как величины констант основности очень малы, то удобнее использовать не абсолютные значения констант основности, а их отрицательные логарифмы – показатели основности – рК_в.

рК_в = -lg К_в

Чем меньше показатель основности, тем сильнее основание и наоборот.

..

НОН + НОН = ОН^- + Н₃О⁺

кислота основание сопряж. основание сопряж. кислота

Вода по данной теории может быть как кислотой, так и основанием. Если процесс равновесный, то мы можем охарактеризовать его константой диссоциации – К_д.

К_д = [ОН^-]·[Н₃О⁺] / [НОН]·[НОН] = [ОН^-]·[Н⁺] / [НОН]

К_д · [НОН] = [ОН^-]·[Н⁺]

К_w = [ОН^-]·[Н⁺] = 1·10^-14 моль/л – ионное произведение воды.

В воде [H⁺] = [ОН^-] = 1·10^-7 моль/л; 10^-1 ÷ 10^-5 – кислая среда, 10^-5 ÷ 10^-7 – слабокислая среда, 10^-7 – нейтральная среда, 10^-7 ÷ 10^-9 – слабощелочная среда, 10^-9 ÷ 10^-14 – щелочная среда.

На практике чаще пользуются не абсолютным значением ионного произведения воды, а отрицательным логарифмом равновесной концентрации ионов водорода или гидроксид ионов.

рН = -lg [H⁺]; рОН = -lg [ОН^-]

рН + рОН = 14

Для водных растворов рН = 1 ÷ 5 – кислая среда; рН = 5 ÷ 7 – слабокислая среда; рН = 7 – нейтральная среда; рН = 7 ÷ 9 – слабощелочная среда; рН = 9 ÷ 14 – щелочная среда.

Показатель кислотности для слабых кислот и оснований высчитывается по формулам:

рН_{слабой кислоты} = ½ рК_а – ½ lg С(f_э)_{кислоты}

рН_{слабого основания} = 14 – ½ рК_в + ½ lg С(f_э)_{основание}

Внутренняя среда организма характеризуется постоянством концентрации ионов водорода. Это явление называют изогидрия. Например: рН крови = 7,1 ÷ 7,2; желудочного сока = 0,9 ÷ 1,1; пузырной желчи = 5,4 ÷ 6,9; грудного молока = 6,6 ÷ 6,8; слезной жидкости = 7,4. Изменения рН приводит к нарушению деятельности ферментов, регуляции осмотического давления и может приводить даже к гибели клеток. Сдвиг рН в кислую сторону, называется ацидоз, а в щелочную – алкалоз. Так при сахарном диабете (кетоацидоз) наблюдается ацидоз, а при потери кислоты в случае неукротимой рвоты - алкалоз. Постоянство рН внутренних сред организма поддерживается работой почек, легких, печени – физиологический механизм, но основную роль играет химический механизм – за счет буферных систем.

Дата добавления: 2014-01-05