Диссоциация воды. Водородный показатель. Среды растворов электролитов. Индикатор

Диссоциация в химии и биохимии является общим процессом, в котором молекулы (или ионные соединения, такие как соли, щелочи, кислоты или комплексы) разделяются или расщепляются на более мелкие частицы, такие как атомы, ионы или радикалы, обычно обратимым образом.

Например, когда кислота растворяется в воде, ковалентная связь между электроотрицательным атомом и атомом водорода нарушается гетеролитическим делением, которое дает протон (H+) и отрицательный ион. Диссоциация противоположна ассоциации или рекомбинации.

Диссоциация воды

Самоионизация воды (или автодиссоциация воды) представляет собой процесс ионизации чистой воды или в водном растворе, при котором молекулы воды теряют протон – ядро одного из своих атомов водорода (депротонируют). Вследствие депротонирования эти молекулы воды превращаются в гидроксидный ион, ОН-. А полученный протон присоединяется к другой молекуле воды (протонирует ее) с образованием иона гидрония, H3O+. Это пример процесса т.н. автопротолиза, который доказывает, что вода имеет амфотерную природу.

$H_2O + H_2O ⇌ H_3O^+ + OH^-$

Константа диссоциации Kw – численный показатель данного процесса, может быть задана как:

$Kw=[H_3O^+][OH^-],$

где [H3O+] – молярная концентрация иона водорода или гидрония, а [OH-] – концентрация гидроксид иона.

При 25°C и нулевой ионной силе Kw равна 1,0 × 10-14. Мы также можем определить, что

$pKw = -\log Kw = 14$.

Водородный показатель

Водородный показатель pH представляет собой логарифмическую шкалу, используемую для определения кислотности или основности водного раствора.

Численно данный показатель примерно равен отрицательному результату от десятичного логарифма молярной концентрации ионов водорода, измеренной в единицах молей на литр.

$рН=-\log [H^+]$

Растворы с рН менее 7 являются кислыми, а растворы с рН более 7 являются основными.

Чистая вода нейтральна при pH 7 (25°C), не являясь ни кислотой, ни основанием. Вопреки распространенному мнению, значение рН может быть меньше 0 или больше 14 для очень сильных кислот и оснований соответственно.

Измерения рН важны для агрономии, медицины, химии, очистки воды и многих других отраслей.

PH водных растворов можно измерить с помощью стеклянного электрода и рН-метра или индикатора.

рОН

pOH иногда используется в качестве меры концентрации ионов гидроксида OH-.

Значение pOH может быть получено из измерений pH. Концентрация ионов гидроксида в воде связана с концентрацией ионов водорода посредством уравнения

$[ОН^-]=Kw/[H^+],$

где Kw – константа самоионизации воды.

Принимая логарифмы:

$рОН= Kw - рН$

Таким образом, при комнатной температуре pOH ≈ 14 - pH. Однако эта связь не является строго справедливой при всех обстоятельствах, например, при измерении щелочности почвы.

Индикаторы pH

Для примерного измерения рН могут использоваться специальные индикаторы. Их работа основана на свойстве изменения цвета некоторых соединений при изменении рН. Визуальное сравнение цвета исследуемого изображения со стандартной цветной диаграммой обеспечивает средство измерения рН с точностью до ближайшего целого числа. Более точные измерения возможны, если цвет измеряется спектрофотометрически, используя колориметр или спектрофотометр. Универсальный индикатор состоит из смеси индикаторов, так что происходит непрерывное изменение цвета от рН равного 2 до рН равного 10. Универсальная индикаторная бумага изготовлена из абсорбирующей бумаги, пропитанной универсальным индикатором. Другим методом измерения рН является электронный рН-метр.

Вам нужно срочно заказать статью по химии для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!

Тест по теме «Диссоциация воды»