Матеріал параграфа допоможе вам:
характеризувати електролітичну дисоціацію води; з'ясувати, що таке водневий показник (рН); визначати приблизні значення рН розчинів за допомогою універсального індикатора.
Вода як електроліт. Результати дослідів свідчать про те, що чиста вода (наприклад, дистильована, в якій немає розчинених електролітів) має низьку електропровідність. Це зумовлено наявністю у воді дуже малої кількості йонів Н+ та ОН-. Такі йони утворюються внаслідок розриву одного з полярних ковалентних зв’язків у молекулі Н2О (§ 2). Отже, вода — електроліт. Вона дисоціює згідно з рівнянням
Вода є дуже слабким електролітом. За температури 25 °С лише одна її молекула з кожних 555 мільйонів молекул розпадається на йони. Ступінь електролітичної дисоціації води становить:
Обчислимо кількість речовини катіонів Гідрогену в 1 л чистої води. Для цього спочатку визначаємо кількість речовини води в 1 л (або в 1000 г) її:
Тепер скористаємося однією з формул для визначення ступеня дисоціації електроліту (§ 8):
Отже, в 1 л води міститься 10-7 моль йонів Н+. Інакше кажучи, молярна концентрація катіонів Гідрогену у воді становить 10-7 моль/л. Оскільки молекула води дисоціює на один йон Н+ і один йон ОН-, то молярна концентрація гідроксид-іонів також дорівнює 10-7 моль/л.
Молярну концентрацію позначають латинською літерою с.
Водневий показник. Якщо значення молярної концентрації катіонів Гідрогену записати так:
рН(Н2О) = 7
то число m є водневим показником. Його скорочене позначення — рН (читається «пе-аш»).
Оскільки в чистій воді с(Н+) = 107 моль/л, то рН води дорівнює 7. Для води і будь-якого водного розчину з таким значенням рН використовують термін «нейтральне середовище».
У розчині кислоти міститься більше катіонів Гідрогену, ніж у воді, тобто с(Н+) > 107 моль/л. Значення молярної концентрації катіонів Н+ у розчинах кислот можуть становити, наприклад, 10-6; 10-4; 10-1 моль/л. Їм відповідають значення рН 6, 4, 1.
Розчини лугів містять менше катіонів Гідрогену, ніж чиста вода, але більше йонів ОН-. Можливими для цих розчинів є, наприклад, значення молярної концентрації йонів Н+ 10-8; 10-10; 10-13 моль/л. Відповідні значення рН: 8, 10, 13.
Отже, для розчинів кислот рН <7, а для розчинів лугів рН > 7. Такі розчини характеризують, використовуючи терміни «кисле середовище», «лужне середовище».
Експериментальне визначення рН розчинів. У 7 і 8 класах ви виявляли в розчині кислоту або луг за допомогою індикаторів — лакмусу, фенолфталеїну, метилоранжу, а також універсальними індикаторними папірцями. На відміну від перших трьох індикаторів універсальний індикатор дає змогу визначити приблизне значення рН розчину (мал. 25).
Мал. 25.
Універсальні індикаторні папірці зі шкалою рН на упаковці
Яким має бути колір універсального індикаторного папірця в чистій воді? Якого забарвлення може набувати цей індикатор у розчинах кислот, лугів?
ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 1
Виявлення йонів Гідрогену та гідроксид-іонів у розчині. Встановлення приблизного значення рН води, лужних і кислих розчинів за допомогою універсального індикатора
Вам видано штатив з пробірками, в яких містяться вода (водопровідна або дистильована), розбавлені хло-ридна кислота і розчин натрій гідроксиду, а також розчини оцтової кислоти, господарського мила.
У вашому розпорядженні — універсальні індикаторні папірці, шкала рН, скляна паличка, склянка з водою, невеликі аркуші фільтрувального паперу.
Для встановлення значення рН кожної рідини занурте в неї скляну паличку і нанесіть за її допомогою краплю рідини на універсальний індикаторний папірець. Порівняйте забарвлення індикатора після дії на нього досліджуваної рідини з кольоровою шкалою рН і запишіть значення водневого показника цієї рідини.
Перед визначенням рН іншої рідини промийте скляну паличку водою і витріть її фільтрувальним папером.
Результати досліду запишіть у таблицю.
У хімічних лабораторіях для вимірювання рН використовують прилади — рН-метри (мал. 26). Вони дають змогу визначити водневий показник із точністю до 0,01.
На яке середовище — кисле, лужне чи нейтральне — вказує значення рН на екрані приладу(мал. 26)?
Мал. 26.
рН-метр
Значення водневого показника для більшості розчинів, які трапляються в природі, менші за 7 або наближаються до цього числа (табл. 1).
Таблиця 1
Середні значення водневого показника для деяких рідин
Істотне відхилення значень рН деяких біологічних рідин в організмі людини від наведених у таблиці спричиняє захворювання або є його наслідком. Людям із підвищеною кислотністю шлункового соку рекомендують пити мінеральну воду з меншою концентрацією йонів Н+ (тобто з вищим рН), а людям зі зниженою кислотністю — «більш кислу» воду (з нижчим рН). Багато рідких косметичних засобів має рН = 5,5. Відповідний вміст у них катіонів Н+ є оптимальним для нашої шкіри.
На промислових підприємствах здійснюють контроль значень рН деяких харчових продуктів і косметичних засобів. Якщо, наприклад, свіже молоко має нижче значення
водневого показника, ніж передбачено стандартом, його не відправляють у торговельну мережу, а використовують для виробництва кисломолочної продукції.
У сільському господарстві кислотність ґрунтового розчину є одним із важливих чинників, які впливають на врожай. Так, картопля найкраще росте на слабкокислих ґрунтах (рН « 5), а буряк — на нейтральних (рН « 7).
ВИСНОВКИ
Вода — дуже слабкий електроліт. Незначна частина її молекул дисоціює з утворенням катіонів Гідрогену і гідроксид-іонів. Концентрація кожного йона в чистій воді становить 10-7 моль/л.
Вміст йонів Н+ у воді та водних розчинах характеризують за допомогою водневого показника (рН). Значення рН чистої води становить 7, розчину кислоти — менше 7, а розчину лугу — більше 7.
Приблизні значення водневого показника розчинів визначають за допомогою універсального індикатора.
Природні розчини та біологічні рідини мають різні значення рН.
64. Охарактеризуйте електролітичну дисоціацію води.
65. Скільки йонів Н+ і йонів ОН- міститься в одній краплі води об'ємом 0,1 мл?
66. Обчисліть масові частки йонів Н+ і ОН- у воді.
67. Що таке водневий показник?
68. Знайдіть відповідність.
69. У якому з розчинів концентрація катіонів Гідрогену більша — з рН = 6 чи рН = 8? У скільки разів?
70. Яку перевагу має універсальний індикатор порівняно з лакмусом чи метилоранжем при визначенні середовища водних розчинів?
71. Чому рН чистої дощової води, зібраної над територією, де немає населених пунктів і промислових об'єктів, становить 5,6, а не 7,0?
72. Розчин, у якому містилося 6 г натрій гідроксиду, змішали з розчином, який містив 6,3 г нітратної кислоти. Значення рН рідини, що утворилася:
а) більше 7; в) дорівнює 7.
б) менше 7;
Укажіть правильну відповідь.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля