У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що називають йонним добутком води;
• що таке pH розчину.
Незважаючи на те що вода є слабким електролітом, вона, хоча й незначною мірою, дисоціює на йони:
Експериментально встановлено, що за температури 20 °С концентрація йонів H+ у чистій воді дорівнює 10-7 моль/л. Оскільки вода є нейтральною речовиною, то такою самою буде й концентрація гідроксид-іонів OH-. Добуток концентрацій йонів Гідрогену [H+] і гідроксид-іонів [OH] називають йонним добутком води:
Якщо ж до води додати, наприклад, кислоти, то концентрація йонів Гідрогену [H+] зросте, а гідроксид-іонів [OH] — зменшиться. У разі додавання до води лугу зменшиться концентрація йонів [H] і збільшиться концентрація йонів [OH ], але йонний добуток води в обох випадках залишиться 1014.
Отже, коли [H+] = [OH ] = 10 7 моль/л, розчин має нейтральне середовище, коли [н+ ] > [OH ] — кислотне, а коли [H+] < [OH ] — лужне.
На практиці використовують розчини з певною концентрацією йонів [H]. Розчин кислотний, якщо [H+] > 10 7 моль/л, або лужний, якщо [H+] < 10 7 моль/л. Залежність між концентрацією йо-нів Гідрогену, величиною рН та реакцією середовища (кислотною чи лужною) показано на схемі 10.
Схема 10
Кількісно кислотно-основні властивості розчинів електролітів характеризують концентрацією йонів Гідрогену у водних розчинах. Її позначають символом рН і називають водневим показником.
Величина pH указує на характер середовища. Якщо фільтрувальний папір просочити розчином індикатора й висушити, то отримаємо індикаторний папір, який широко використовують у лабораторній практиці. Для визначення кислотності середовища краплину досліджуваного розчину наносять на смужку індикаторного паперу. Порівнюючи забарвлення папірця зі шкалою (схема 10), знаходять значення pH розчину.
Хіміки використовують також універсальний індикатор, що є сумішшю кількох речовин. За його забарвленням можна визначити кислотність середовища з точністю до 0,2 (схема 11).
Схема 11
Лабораторний дослід 3
Встановлення приблизного значення pH води, лужних і кислотних розчинів за допомогою універсального індикатора
Метою досліду є визначення pH розчинів кислот і лугів, а також дистильованої води. Краплину досліджуваного розчину скляною паличкою нанесіть на смужку фільтрувального паперу, просоченого універсальним індикатором. Порівняйте отримане забарвлення із забарвленням універсального індикатора (схема 11), яке відповідає певному значенню pH розчину, тобто певній концентрації йонів Гідрогену або гідроксид-іонів. Обчисліть концентрацію йонів Гідрогену за формулою водневого показника. Результати вимірювань занесіть у таблицю.
Для допитливих
Знати кислотність середовища потрібно в багатьох галузях науки та техніки. Наприклад, екологи постійно вимірюють pH дощової води, води річок та озер. Різке підвищення кислотності природних вод може бути наслідком забруднення атмосфери газами автомобілів або викидами промислових підприємств.
Водневий показник — дуже важлива характеристика процесів, які відбуваються в організмах. Кожен вид рослин потребує ґрунту з певною кислотністю. Через це перед висаджуванням агрономи визначають pH ґрунту. Якщо його кислотність занадто висока для вирощування даної культури, то вносять крейду або вапно — проводять так зване вапнування. У харчовій промисловості за допомогою кислотно-основних індикаторів здійснюють контроль виробництва напоїв.
Основні поняття. Йонний добуток води. Водневий показник. Універсальний індикатор. Характер середовища.
Сьорен П. Л. Сьоренсен (1868-1939)
Данський біохімік, засновник сучасної рН-метрії. У 1909 р. запропонував використовувати логарифмічну шкалу — так звану шкалу рН, щоб виразити концентрацію йонів Гідроксонію Н3О+ у розчині. Позначення рН є абревіатурою виразу «potential of Hydrogen».
Запитання та завдання
°1. Що таке йонний добуток води? Як його позначають? Як позначають з використанням водневого показника pH нейтральність, кислотність і лужність розчину?
°2. До яких електролітів — сильних чи слабких — належить чиста вода?
°3. Який pH чистої води?
4. Із наведеного переліку випишіть формули речовин, розчини яких мають середовище: а) кислотне; б) лужне.
5. У трьох пробірках містяться розчини натрій гідроксиду, нітратної кислоти та кальцій хлориду. Що треба використати, щоб розпізнати ці розчини?
6. Дощова вода має pH = 5,6. Що це означає? Яка речовина, що міститься в повітрі, у результаті розчинення у воді утворює таке середовище? Чи безпечне таке середовище для довкілля?
7. Розчини сильних одноосновних кислот однакової концентрації мають однакове значення pH. Розчини слабких кислот мають різне значення pH: що ближче pH до 7, то слабша кислота. Чим можна це пояснити?
*8. Чи залежить pH розчину сильної кислоти від її концентрації? Відповідь обґрунтуйте.
*9. У результаті спалювання кам’яного вугілля на теплоелектростанціях до атмосфери потрапляють продукти його згоряння, що містять оксиди Карбону, Сульфуру та Нітрогену. Яке значення pH матиме дощова вода: більше 7 чи менше 7?
*10. До розчину, який містить 1 моль натрій гідроксиду, долили розчин універсального індикатора. Чи зміниться і як зміниться забарвлення розчину, якщо до нього додати розчин, що містить: а) 0,5 моль; б) 1 моль; в) 1,5 моль HCl? Визначте зміну характеру середовища за схемами 10, 11.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)