Характеристика кислотности растворов

Из уравнения диссоциации воды

Н₂0       н⁺ + он-

оидно, что в чистой воде ‘концентрации ионов Н⁺ и ОН~ равны. Но известно, что [Н+] [ОН»] = 1 • 10″¹⁴, отсюда

[Н+] = [ОН»] = /1-10-» = 1 • Ю-‘.

Чистая вода имеет нейтральную реакцию. Таким об­разом, растворы, в которых концентрация ионов водоро­да равна 10-^? моль/л, называются нейтральными раство­рами, в этих растворах [Н+] = [ОН~].

Если к чистой воде прибавить какой-либо кислоты, концентрация ионов водорода повысится и станет боль­ше, чем ЫО^-7, а концентрация ионов ОН^— уменьшится.

Следовательно, в кислых растворах концентрация ионов

водорода больше, чем 1 ■ 10~⁷ мОль/л: [Н+] > 1 • Ю^-7 моль/л, а [ОН^—] <Ы О^-7 моль/л, т. е. [Н+]>[ОН~].

Если мы прибавим -в чистую воду немного щелочи, то повысится концентрация ионов ОН^— и соответственно уменьшится концентрация ионов Н⁺. Следовательно, ш щелочных растворах концентрация ионов водорода меньше, чем ЫО^-7, моль/л: [Н+]<1-10^-7 моль/л, а [ОН^—]>Ы0^-7 моль/л, т. е. [Н+]<[ОН^—].

Из оказанного следует, что реакцию любого раствора можно охарактеризовать количественно, указав, какова в «ем концентрация ионов Н⁺:

■а) нейтральный раствор [Н+] = Ы0^-7 моль/л;

б)   кислый раствор [Н⁺] > 1 • Ю^-7 моль/л;

в)   щелочной раствор [Н+]<Ы0^-7 моль/л.

Зная концентрацию водородных .ионов, можно вычис­лить концентрацию ионов ОН^— и наоборот. Например:

1)   [Н+] в растворе   равна   1 -10^—3 моль/л,   тогда
[ОН^—] равна:

K_w 1 ■ 10-¹⁴ [6Н ] = j_h+j = _{1 10}_з = 1 • Ю-¹¹ моль/л;

2)   IB растворе [ОН^—] равна Ю^-5 моль/л, тогда кон-
центрация ионов Н+

Ю-14

[Н+] =               = Ю-⁹ моль/л.

§ 19. Водородный показатель

Применение чисел с отрицательными показателями не­удобно. Поэтому для характеристики степени кислотно­сти растворов стали применять вместо истинных кон­центраций водородных и гидроксидных ионов их деся­тичные логарифмы, взятые с обратным знаком. Эти ве­личины названы ионными показателями и обозначены р. Таким образом, водородный показатель:

pH = -lg [Н+];

гидроксидный показатель:

рОН = — lg[OH»J.

Ионное произведение воды Kw равно Ю^-14:

[Н+] [ОН»] = 10-«.

Прологарифмируем это выражение

lg [H⁺] + Ig [01Г] = -14.

Возьмем все величины с обратным знаком -lg [Н+] + (-lg[OH-]) = 14

или

рН + рОН = 14.

С помощью последнего уравнения, зная величину рН, можно легко рассчитать величину рОН и наоборот. На­пример, в растворе рН = 5,0, тогда рОН= 14,0—5,0 = 9,0.

Кислотность растворов можно охарактеризовать ко­личественно через величину рН.

а)  нейтральный раствор рН = 7,0;

б)  кислый раствор рН<7,0;

в)  щелочной раствор рН>7,0.

Ясно, что с уменьшением рН кислотность раствора растет, а щелочность убывает:

Зная рН растворов, можно сравнить их кислотность. Например: при рН = 3 раствор имеет более кислую реак­цию, чем при рН = 5,0. В первом случае [Н+] = Ы0^-3, а во втором случае — 1 • Ю^-5, т. е. в 100 раз меньше, чем в первом. При рН 11,0 реакция раствора более щелоч­ная, чем при рН 9,0. В первом растворе рОН=14,0— — 11,0=3,0 и [ОН^—] = 10^-3, а во втором растворе рОН = = 14,0—9,0=5,0 и [ОН] = 10^-5.

Следовательно, концентрация гидроксид-ионов в пер­вом растворе будет в 100 раз больше, чем во втором, и раствор будет более щелочным. Для различных химиче­ских, биологических и других процессов значение рН имеет большое значение. Так, рН крови человека и жи­вотных имеют постоянное значение. Свойства природных вод зависят во многом от величины рН. Многие растения могут нормально развиваться только при определенных значениях рН почвы.