Дисоціація води – РОЗЧИНИ
ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ
Розділ 5. РОЗЧИНИ. ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ
§ 5.12. Дисоціація води. pH
Водa і як слабкий електроліт незначною мірою дисоціює на іони Н+ і ОН-, що перебувають у рівновазі з недисоційованими молекулами:
Н2O ⇆ Н+ + ОН-.
Концентрацію іонів звичайно виражають у молях іонів в 1 л. Як видно з рівняння дисоціації води, в ній величини і однакові. Експериментально встановлено, що в одному літрі води за кімнатної температури (22 °С) дисоціації піддається
Добуток концентрації іонів гідрогену і гідроксид-іонів у воді називається іонним добутком води (позначається Kв). За певної температури Кв – величина стала, чисельно дорівнює при 22 °С 10-14 :
Kв = = 10-7 – 10-7 = 10-14. (5.4)
Сталість добутку означає, що в будь-якому водному розчині ні концентрація іонів гідрогену, ні концентрація гідроксид-іонів не може дорівнювати нулю. Іншими словами, бyдь-який водний розчин кислоти, основи або солі містить як Н+, так і ОН – – іони. Дійсно, для чистої води = = 10-7 моль/л. Якщо до води додати кислоту,
Зі сталості добутку випливає, що при збільшенні концентрації одного з іонів води відповідно зменшується концентрація іншого іона. Це дає змогу обчислити концентрацію Н+ – іонів, якщо відома концентрація ОН – – іонів, і навпаки. Наприклад, якщо у водному розчині = 10-3 моль/л, то визначатиметься так:
= Kв/ = 10-14/10-3 = 10-11 моль/л.
Отже, кислотність і основність розчину можна виражати через концентрацію або іонів Н+, або іонів ОН-. На практиці користуються першим способом. Тоді для нейтрального розчину = 10-7 моль/л, для кислого > 10 -7, для лужного < 10-7 моль/л.
Щоб уникнути незручностей, пов’язаних із застосуванням чисел з від’ємними показниками ступеня, концентрацію іонів гідрогену прийнято виражати через водневий показник, що позначається символом pH (читається “пе-аш”).
Водневим показником pH називається десятковий логарифм концентрації водневих іонів, взятий з протилежним знаком:
PH = – lg (5.5)
Або
= 10-рН, (5.6)
Де – концентрація іонів гідрогену, моль/л.
Поняття “водневий показник” введене датським хіміком С. Серенсеном у 1909 p.: літера “р” – початкова літера датського слова potenz – математичний ступінь, буква “Н” – символ гідрогену.
За допомогою pH реакція розчинів характеризується так: нейтральна – pH =7, кисла – pH < 7, лужна - ph > 7. Наочно залежність між концентрацією іонів гідрогену, величиною pH і реакцією розчину можна виразити схемою:
Зі схеми видно, що чим менший pH, тим більша концентрація іонів Н, тобто вища кислотність середовища; і навпаки, чим більший pH, тим менша концентрація іонів Н+ , тобто вища основність середовища.
Наведемо значення pH деяких найвідоміших розчинів і зазначимо відповідну їм реакцію середовища: шлунковий сік – pH = 1,7 (сильнокисла реакція), торф’яна вода – pH = 4 (слабкокисла), дощова вода – pH = 6 (слабкокисла), вода з водопроводу – pH = 7,5 (слабколужна), кров – pH = 7,4 (слабколужна), слина – pH = 6,9 (слабкокисла), сльози – pH = 7 (нейтральна).
Винятково значна роль pH в найрізноманітніших явищах і процесах – і в природі, і в техніці. Багато виробничих процесів у хімічній, харчовій, текстильній та інших галузях промисловості відбуваються лише за певної реакції середовища. Так само необхідна для нормального розвитку сільськогосподарських культур і одержання високих урожаїв і певна реакція грунтового розчину. Залежно від значення pH грунтового розчину грунти поділяються на сильнокислі (pH = 3…4), кислі (pH = 4…5), слабкокислі (pH = 5…6), нейтральні (pH = 6…7), слабколужні (pH = 7…8), лужні (pH = 8…9) і, нарешті, сильнолужні (pH = 9… 11).
Найчастіше рослини страждають від підвищеної кислотності, для усунення якої застосовують вапнування грунтів – внесення в них вапняків – карбонатів кальцію або магнію. Якщо ж грунти відрізняються підвищеною лужністю (солонцюваті і солончакові грунти), то для її усунення застосовують гіпсування – внесення розмеленого гіпсу CaSO4 – 2Н2О.
Необхідність вапнування або гіпсування грунтів встановлюють із урахуванням водневого показника розчину (сольової витяжки); залежно від величини pH визначають за таблицями і дози речовин, які вносять.
