Лекция 6 РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ

Электролитаминазываются вещества, диссоциирующие в воде и других полярных жидкостях или расплавах на ионы и способные проводить электрический ток.

Водные растворы характеризуются определенной концент­рацией водородных ионов, зависящей от содержащихся в них веществ.

Вода, являясь слабым электролитом, частично диссоциирует на водородный и гидроксильный ионы. Причиной, вызывающей распад растворенного вещества на ионы, является интенсивное взаимодействие ионов с молекулами растворителя, т. е. сольватация ионов. Распад электролита на ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией.Благодаря движению ионов в растворе проходит электрический ток. В результате диссоциации в растворе устанавливаются равновесные концентрации ионов и молекул, при постоянных условиях, не изменяющихся во времени. Например, в системе вода - уксусная кислота устанавливается равновесие:

СН₃СООН ↔Н⁺ + СН₃СОО^-

К реакциям диссоциации применим закон действующих масс. Константу равновесия реакции диссоциации называют константой диссоциации:

К_{СН3 СООН} = (Н⁺) (СН₃СОО^- / СН₃СООН

(Н⁺ )(СН₃СОО^-)- равновесные концентрации соответствующих ионов, моль/л

(СН₃СООН)- равновесная концентрация недиссоциированных молекул кислоты, моль/л.

Константа диссоциации зависит от природы растворителя, природы электролита, температуры, но не зависит от концентрации электролита

Для того, чтобы сравнить диссоциацию различных электролитов, введено понятие степень диссоциации, т. е. отношение числа молекул распавшихся в данном растворе на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе. Слово диссоциация означает обратимый распад. Обычно степень диссоциации меньше единицы.

α=^{число молекул, распавшихся на ионы} _{/исходное число молекул электролита} (39)

 

Степень диссоциации связана с константой диссоциации уравнением

К=α² С/1- α, (40)

которое называют законом разведения (разбавления Оствальда), при небольших значениях α можно считать что 1- α=1 и

α=√К /С (41)

Как видно степень диссоциации возрастает обратно пропорционально корню квадратному из концентрации электролита.

В растворах электролитов за счет диссоциации молекул увеличивается число частиц, что приводит к большему понижению упругости пара. Поэтому свойства, зависящие от общего числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества, такие как осмотическое давление, понижение давления пара, повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания, проявляются в растворах электролитов в большей степени, чем в равных по концентрации растворах неэлектролитов. Законы Рауля и Вант-Гоффа можно применять к растворам электролитов с учетом, так называемого изотонического коэффициента i, который показывает, во сколько раз число частиц (молекул, ионов), образовавшихся в результате диссоциации, больше исходного числа молекул. Так как i >1 формулы, выражающие свойства растворов электролитов, примут вид:

(р₀ – р) / р₀ = i n₂ / (n₁ + i n₂ ) (42)

 

Р_осм = i RTC_м (43)

Δt_зам = i K C_m (45)

Δt_кип = i Е C_m (46)

Изотонический коэффициент и степень диссоциации связаны соотношением:

α= (i –1)/(n- α), (47)

где n- число ионов, на которые распадается одна молекула электролита.

Концентрация водородных ионов в разбавленных водных растворах, встречающихся на практике, обычно выражается малыми числами. Поэ­тому для удобства принято пользоваться показате­лем степени, взятым с обратным знаком, обозначив эту величину символом рН. рН - это величина, характеризующая концентрацию водородных ионов и численно равная отрицательному десятичному логарифму ee:

pH = - lg[H⁺] (48)

Пользуясь этим соотношением, можно вычислить величину рН по известной концентрации водородных ионов и найти величину [Н⁺] если известно рН.

В растворах сильных электролитов, молекулы которых диссоциированы практически полностью, в значительной сте­пени проявляется взаимодействие между ионами, поэтому вместо концентрации их характеризуют активностью. Активность представляет собой эффективную или дейст­вующую концентрацию ионов в растворе:

α=f c

α -эффективная концентрация или активность электролита,

f- коэффициент активности, c- концентрация вещества.

В растворах сильных электролитов концентрация свободных - водородных ионов равна общей их концентраций в растворе, т. е. характеризует общую кислотность раствора.

Контрольные вопросы

 

1.Какие вещества называются электролитами?

2.Какие природные растворы можно отнести к электролитам?

3.Как называется условный показатель характеристики среды?

4.Какие биологические растворы можно отнести к электролитам?

5.Биологическое значение рН.

Задачи

1.Найти концентрацию [Н]⁺, если рН=7,5.

2.Найти концентрацию [ОН]^-, если рН=10,5.

3.Найти концентрации [Н]⁺ и [ОН^-] если рН=5,4.

4.Найти концентрации [Н]⁺ и [ОН^-] если рОН=2,7.

5.Найти концентрации [Н]⁺ и [ОН^-] если рОН=6,7.

6.Определить рН, если концентрация [Н⁺]=3,4·10^-4

7.Определить рОН, если концентрация [Н⁺]=5,15·10^-3