Водородный и гидроксидный показатели

Концентрацию ионов H⁺ в растворах принято выражать водородным показателем. Водородный показатель – это безразмерное число, которое характеризует концентрацию катионов водорода в растворах. Обозначение водородного показателя – рН (читается «пэ-аш»). Водородный показатель связан с молярной концентрацией катионов водорода соотношением

рН = –lg[H⁺], или рН = –lgC(Н⁺)

Пользоваться водородным показателем вместо концентрации катионов водорода очень удобно, так как он равен небольшому безразмерному числу в интервале от 0 до14.

Величина рН характеризует среду раствора, которая может быть кислотной, щелочной или нейтральной.

Если рН < 7, то концентрация катионов водорода в растворе более чем 10^–7 моль/л, т.е. больше, чем в чистой воде; такой раствор имеет кислотную (часто говорят: кислую) среду. Если рН > 7, то концентрация катионов водорода в растворе менее чем 10^–7 моль/л, т.е. меньше, чем в чистой воде; такой раствор имеет щелочную среду. При рН = 7 среда нейтральная.

Кроме водородного показателя, используется гидроксидный показатель рОН (часто говорят: гидроксильный показатель), который связан с концентрацией ОН^–-ионов в растворе соотношением:

pОН = –lg[OH^–], или рОН = –lgC(ОН^–)

Cумма водородного и гидроксидного показателей равна отрицательной величине десятичного логарифма ионного произведения воды, то есть числу 14:

рН + рОН = 14

Водородный показатель свежеприготовленной дистиллированной воды равен 7,00, но при стоянии она насыщается углекислым газом из воздуха, и в результате реакции

СО₂ + Н₂О D Н₂СО₃ D Н⁺ + НСО₃^–

значение рН постепенно снижается до 5,5. Водородный показатель морской воды около 8,0. Сок большинства фруктов и ягод имеет кислую среду с рН = 2,6–4,4. Физиологические жидкости организма имеют различное значение рН: плазма крови – 7,36, слёзы – 7,7, пот – 7,4, слюна – 6,51, моча – 5,8, желудочный сок – 1,65.

Пример 20. Вычислите водородный показатель растворов соляной кислоты (С = 0,005 М) и гидроксида калия (С = 4,2·10^–3 М).

Решение. Оба данных раствора – это растворы сильных электролитов, которые диссоциируют необратимо:

HCl = H⁺ + Cl^–; KOH = K⁺ + OН^–

Поскольку из одной молекулы HCl и из одной формульной единицы КОН образуется по одному иону H⁺ или ОН^–, то их концентрации в растворах равны концентрациям самих исходных веществ.

1) Вычисляем рН раствора соляной кислоты:

рН = –lg[H⁺] = –lg0,005 = 2,30

2) Вычисляем рОН раствора гидроксида калия:

рОН = –lg[ОH^–] = –lg4,2∙10^–3 = 2,38

3) Вычисляем рН раствора гидроксида калия:

рН = 14 – рОН = 14,00 – 2,38 = 11,62

Пример 21. Вычислите рН раствора циановодородной кислоты (константа диссоциации К = 6,2·10^–10) с молярной концентрацией 0,17 М.

Решение. Циановодородная кислота, как слабый электролит, диссоциирует обратимо:

HCN D Н⁺ + СN^–,

поэтому задачу решаем в такой последовательности: сначала вычисляем степень диссоциации, затем концентрацию H⁺-ионов в растворе и после этого рН.

1) Степень электролитической диссоциации вычисляем по закону разбавления Оствальда:

a = = =

2) Определяем концентрацию катионов водорода:

[H⁺] = α∙С(HCN) = 6,0·10^–5·0,17 = 1,0·10^–5

3) Вычисляем водородный показатель: рН = –lg[H⁺] = –lg1,0∙10^–5 = 5

Для экспериментального определения рН используются индикаторы, специальные приборы (рН-метры) и метод титрования растворов. В качестве индикаторов используются органические вещества, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. Использование индикаторов и метод титрования вы изучаются на лабораторном занятии.

Дата добавления: 2014-12-16