Практическое занятие № 29
РН-метрия. Определение величины рН растворов на рН-метре
Ø Диссоциация воды.
Ø Характеристика кислотности растворов.
Ø Водородный показатель.
Ø Определение водородного показателя с помощью рН-метра.
Диссоциация воды.
Реакции, применяемые в аналитической химии, протекают, как правило, в водных растворах. Вода является одним их наименее диссоциированных веществ. Чистая вода очень плохо проводит электрический ток. Однако вода все же диссоциирует на водородные и гидроксидные ионы:
Н2О Н+ + ОН-
При комнатной температуре (22оС) в каждом литре воды лишь 1 ∙ 10-7 моля диссоциировано на ионы.
Для каждого слабого электролита мы можем написать выражение константы диссоциации. Для воды выражение константы диссоциации имеет вид:
Это выражение можно записать иначе:
Рассмотрим левую часть этого уравнения. Кдисс - постоянная величина при постоянной температуре. Концентрацию молекул воды Н2О мы можем считать практически постоянной, так как вода находится почти исключительно в виде недиссоциированных молекул Н2О. Следовательно, вся левая часть полученного уравнения является величиной постоянной. Таким образом:
const =
Произведение концентрации ионов Н+ и ОН- в воде и водных растворах является постоянной величиной при постоянной температуре. Эта величина называется ионным произведением воды и обозначается Кω:
Кω =
При 22оС в воде и водных растворах Кω = 1 ∙ 10-14.
Характеристика кислотности растворов.
Из уравнения диссоциации воды
Н2О Н+ + ОН-
видно, что в чистой воде концентрации Н+ и ОН- равны. Но известно, что в чистой воде = 1 ∙ 10-14, отсюда
Чистая вода имеет нейтральную реакцию. Таким образом, растворы, в которых концентрация ионов водорода равна 10-7 моль/л, называются нейтральными растворами. В нейтральных растворах .
Если к чистой воде прибавить какой-либо кислоты, концентрация ионов водорода повышается и становится больше, чем , а концентрация ионов ОН- уменьшается. Следовательно, в кислых растворах концентрация ионов водорода больше, чем моль/л: > , а < , т.е. > .
Если прибавить в чистую воду немного щелочи, то повысится концентрация ионов ОН- и соответственно уменьшится концентрация ионов Н+. Следовательно, в щелочных растворах концентрация ионов водорода меньше, чем моль/л: < , а > , т.е. < .
Из сказанного следует, что реакцию любого раствора можно охарактеризовать количественно, указав, какова в нем концентрация ионов Н+:
а) нейтральный раствор = моль/л;
б) кислый раствор > моль/л;
в) щелочной раствор < моль/л.
Зная концентрацию водородных ионов, можно вычислить концентрацию ионов ОН-, и наоборот.
Водородный показатель.
Применение чисел с отрицательными показателями неудобно. Поэтому для характеристики степени кислотности растворов стали применять вместо истинных концентраций водородных и гидроксидных ионов их логарифмы, взятые с обратным знаком. Эти величины называют ионными показателями и обозначают буквой р.
Таким образом, водородный показатель
рН = - lg
Гидроксидный показатель
рОН = - lg
Ионное произведение воды Кω равно 10-14:
= 10-14
Прологарифмуем это выражение:
lg + lg = -14
Возьмем все величины с обратным знаком:
- lg + (- lg ) = 14, или рН + рОН = 14
С помощью последнего уравнения, зная рН, можно легко рассчитать рОН, и наоборот. Например, в растворе рН = 5, тогда рОН = 14 - 5 = 9.
Кислотность растворов можно охарактеризовать количественно через величину рН:
нейтральный раствор - рН = 7;
кислый раствор - рН < 7;
щелочной раствор - рН > 7.
Ясно, что кислотность раствора растет с уменьшение рН, а щелочность возрастает с увеличением величины рН.
Зная рН растворов, можно сравнить их кислотность. Например: при рН 3 раствор имеет более кислую реакцию, чем при рН 5. В первом случае = 1 ∙ 10-3, а во втором случае - 1 ∙ 10-5, т.е. в 100 раз меньше, чем в первом. При рН 11 реакция раствора более щелочная, чем при рН 9. В первом растворе рОН = 14 - 11 = 3 и = 10-3, а во втором растворе рОН = 14 - 9 = 5 и = 10-5. Следовательно, концентрация гидроксид-ионов в первом случае в 100 раз больше, чем во втором, и раствор более щелочной.
Для течения различных химических, биологических и других процессов концентрации водородных ионов имеет большое значение. Так, концентрация водородных ионов крови человека и животных имеет постоянное значение, рН крови здорового человека лишь незначительно колеблется около величины 7,35.
Определение водородного показателя с помощью рН-метра.
Для измерения рН установить кнопкой ВЫБОР единицы измерения «рН».
Промыть электроды дистиллированной водой и погрузить в измеряемый раствор. После установления стабильных показаний можно считать результат измерения с дисплея.
Время установления стабильных показаний, как правило, не превышает 3 мин. При измерениях рН сильнокислых и сильнощелочных растворов при температурах близких к 0 оС, время установления показаний может возрасти до 10 мин.