Підготовка до ЗНО з хімії

Чиста вода дуже погано проводить електричний струм, але все ж електропровідність води можна зафіксувати, що пояснюється незначною самодисоціацією води на іони Н⁺ та ОН^– (автопротоліз):

Н₂О + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + ОН^–

Експериментально встановлено, що при 25 ⁰С [Н₃О⁺] = [ОН^–] = 10^–7 моль/л.

Запишемо вираз для визначення К_Н2О води:

, звідки К_Н2О[Н₂О]² = [Н₃О⁺][ОН^–]

Оскільки ступінь дисоціації води дуже незначний, то [Н₂О] = С_Н2О, тобто С_Н2О = 55,56 моль/л* і можна прийняти, що в розбавлених розчинах С_Н2О така ж. Введемо позначення К_w = К_Н2О[Н₂О]². Одержимо:

К_w = [Н₃О⁺][ОН^–] = 10^–7∙10^–7 = 10^–14.

Величину К_w називають іонний добуток води і при незмінній температурі він сталий. При зростанні температури К_w зростає (при 100 ⁰С К_w = 5,5∙10^–13).

Якщо [Н₃О⁺] = [ОН^–] = 10^–7 моль/л, то розчин нейтральний, [Н₃О⁺] > [ОН^–] > 10^–7 моль/л, розчин кислий, а коли [Н₃О⁺] < [ОН^–] < 10^–7 моль/л – лужний. Незалежно від значень [Н₃О⁺] та [ОН^–], завжди [Н₃О⁺][ОН^–] = 10^–14.

Для зручності, використовують значення десяткових логарифмів [Н₃О⁺], взяті зі знаком “–”: –lg[Н₃О⁺] = pH (читається “пе аш”) (табл. 12.5).

Таблиця 12.5

Концентрація іонів Н₃О⁺ та рН деяких розчинів

[Н3О+]	рН	Середовище
10–7	7	нейтральне
10–3	3	кисле
10–12	12	лужне

 

Зв’язок між [Н₃О⁺] та рН наведено на схемі.

[Н3О+]	10	10–1	10–2	10–3		10–4	10–5	10–6	10–7	10–8	10–9	10–10	10–11		10–12	10–13	10–14
рН	0	1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11		12	13	14
середовище	кислотність зростає									лужність зростає
					нейтральне

 

Аналогічно з рН (водневий показник), введено рОН – гідроксильний показник: рОН = –lg[OH^–]. рН та рОН пов’язані відношенням:

рН + рОН = 14

Значення рН розчинів експериментально можна визначити використовуючи кислотно-основні індикатори – речовин, що змінюють забарвлення, залежно від [Н₃О⁺]. Характеристики деяких кислотно-основних індикаторів наведені в табл. 12.6.

Таблиця 12.6

Залежність забарвлення деяких кислотно-основних індикаторів

від рН середовища

Індикатор	Середовище, забарвлення
	кисле	нейтральне	лужне
Метиловий оранжевий	червоний (рН > 3,1)	оранжевий (3,1 < рН < 4,4)	жовтий (рН > 4,4)
Метиловий червоний	червоний (рН > 4,2)	оранжевий (4,2 < рН < 6,3)	жовтий (рН > 6,3)
Фенолфталеїн	безбарвний (рН > 8,0)	блідо-малиновий (8,0 < рН < 9,8)	малиновий (рН > 9,8)
Лакмус	червоний (рН > 5,0)	фіолетовий (5,0 < рН < 8,0)	синій (рН > 8,0)

 

Існують універсальні індикатори, використовуючи які можна визначити рН будь-якого розчину з точністю до одиниці.

Найточніше значення рН визначають приладами – рН-метрами.

Багато процесів відбуваються лише при певних значеннях рН. Так, рН шлункового соку людини – 1,7, відхилення від цього значення ведуть до порушення процесів травлення. Рослини нормально ростуть на грунтах з відповідним для даного виду значенням рН. Велика роль рН у проходженні окисно-відновних процесів (див. Хімія окисно-відновних процесів).