Табиғаты әртүрлі сулы ерітінділердің сутектік көрсеткіштерін (pH) анықтаудың заңдылықтары мен әдіс – тәсілдері.

Табиғаты әртүрлі сулы ерітінділердің сутектік көрсеткіштерін (pH) анықтаудың заңдылықтары мен әдіс – тәсілдері.

Аңдатпа

Су – табиғаттағы ең көп тараған заттардың бірі. Көптеген тірі ағзалардың құрамындағы судың массалық үлесі 70% жоғары болады. Судың табиғатының ерекше болуы, оның молекулаларының бір-бірімен және судағы еріген заттардың молекулаларымен сутектік байланыс түзе алатын қабілетінде. Судың басқа сұйықтармен салыстырғанда балқу, қайнау және булану температураларының жоғары болуы да, су молекулаларының арасындағы сутектік байланыстың түзілуіне байланысты. Ерітіндінің қышқылдығын немесе сілтілігін жоғарыда қолданылғандай теріс мәнді көрсеткіші бар сандармен жазу, жұмыс кезінде қиындық туғызады, сондықтан оған басқа  ыңғайлырақ әдісті қолданады:сутек иондарының нақты концентрациясының орнына ,оның теріс таңбамен алынған ондық логарифм көрсетеді.Ол сутектік көрсеткіш деп аталып, РН арқылы белгіленеді: рН = -Ig[Н+].

Аннотация

Вода-одно из самых распространенных веществ в природе. Массовая доля воды в составе большинства живых организмов будет выше 70%. Уникальность природы воды заключается в способности ее молекул образовывать водородные связи друг с другом и с молекулами растворенных веществ в воде. Высокая температура плавления, кипения и испарения воды по сравнению с другими жидкостями также связана с образованием водородных связей между молекулами воды. Запись кислотности или щелочности раствора цифрами с отрицательным показателем, как было использовано выше, вызывает трудности при работе и поэтому использует другой более удобный метод:вместо фактической концентрации ионов водорода его десятичный логарифм ,полученный отрицательным знаком, указывает.Он называется водородным показателем и обозначается pH: pH = -Ig[H+].

Түйін сөздер: Судың иондық көбейтіндісі, pH шкаласы, диссоциациялану, сутектік байланыс.

Ключевые слова: Ионное произведение воды, шкала pH, диссоциация, водородная связь.

Кіріспе

Су өте нашар электролит, судың 25^oC температурасында 10⁹ тең молекуласының бар болғаны екеуі ғана иондарға ыдырайды. Су молекуласының диссоциациялану теңдеуі:

H₂O H⁺ + OH⁻

Су молекуласының диссоциациялануы қайтымды реакция, яғни бұл процестің тепе- теңдік константасы төмендегідей теңдеумен өрнектеледі:

Негізгі бөлім

Судың 25^oC температурадағы молярлығы 55,5 M (бұл сандық мән, көлемі 1,0 л судың массасын (граммен) оның молярлық массасына бөлу арқылы алынған: (1000 г/л)/(18,015 г/моль) = 55,5 моль/л). Таза судағы, диссоциация барысында түзілген H⁺ және OH⁻ иондарының молярлық концентрациялары өте аз, яғни 1,0 10^-7 M болғандықтан, cудың бастапқы молярлығы 55,5 М мәні тұрақты, өзгермейді деп қабылданған.

55,5 M [H⁺][OH⁻] =

- 25^oC температурадағы судың иондық көбейтіндісі деп аталады. 25^oC температурадағы таза судың электрөткізгіштігі арқылы анықталған, судың тепе-теңдік константасының ( сандық мәні 1,8 10^-16 тең. Осы тәжірибе арқылы табылған тепе-теңдік константасының сандық мәнін, теңдеудегі орнына қойып, судың иондық көбейтіндісінің сандық мәнін есептеуге болады:

= [H⁺][OH⁻] = (55,5 M) (1,8 10⁻¹⁶ M) = 1,0 10⁻¹⁴ M²

яғни, 25^oC температурадағы сулы ерітінділерде [H⁺] [OH⁻] көбейтіндісі

әрқашанда 1,0 10⁻¹⁴ M² тең.

Таза судағы су молекулаларының диссоциациялануы барысында түзілген H⁺

және OH⁻ иондарының концентрациялары [H⁺] = [OH⁻] әрқашанда бір-біріне

тең. Мұндай ерітінділер бейтарап ерітінділер деп аталады.

Судың иондық көбейтіндісінің мәнін пайдаланып, бейтарап ерітіндідегі H⁺

және OH⁻ иондарының концентрацияларын есептеуге болады:

= [H⁺][ OH⁻] = [H⁺]² = [OH⁻]²

[H⁺] = ( ) ^1/2 = (1,0 10⁻¹⁴ M²)^1/2

[H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M

Cуда қандай заттардың ерітінділері болмасын, осы ерітінділердегі судың иондық көбейтіндісінің мәні әрқашан тұрақты. Сондықтан да, ерітіндідегі H⁺ ионының концентрациясы 1,0 10^-7 M мәнінен жоғары болса, онда сол ерітіндідегі OH⁻ ионының концентрациясы 1,0 10^-7 M мәнінен төмен болады, немесе керісінше.

Есептеу жұмыстарын жүргізу барысында, H⁺ ионының концентрациясының орнына, олардың pH сутектік көрсеткіштерінің мәндерін қолданған ыңғайлы.

Ерітіндінің рН − бұл ерітіндідегі сутек ионының молярлық концентрация– сының теріс мәнмен алынған ондық логарифміне тең шама.

pH = – lg[H⁺]

Егер судың иондық көбейтіндісінің теңдеуінің екі жағынан да, теріс мәнді ондық логарифм алсақ:

– lg = – lg([H⁺][ OH⁻])

– lg[H⁺] + (– lg[OH⁻]) = – lg(1,0 10⁻¹⁴)

pH + pOH = 14

pH шкаласы, судың иондық көбейтіндісінің негізінде жасалған. Кез-келген сулы ерітінділердегі 1,0 M H⁺ пен 1,0 M OH⁻ концентрациялары аралығында, сутек H⁺ пен гидроксил OH⁻ иондарының концентрацияларын, ерітіндінің сутектік көрсеткіштері pH арқылы өрнектеген тиімді. Ерітіндінің pH сутектік көрсеткіші, 1,0 M H⁺ пен 1,0 M OH⁻ концентрациялары аралығында ғана қолданылатын ұғым. Себебі, бұл аралықтан шығып кеткен жағдайда, ерітіндінің pH сутектік көрсеткіші теріс мәнге ие болады. Егер 25^oC температурада ерітіндінің сутектік көрсеткші рН = 7 болса, онда ерітінді бейтарап, ал рН < 7 ерітінді қышқыл, ал рН > 7 ерітінді сілтілі болады. Ерітіндінің рН-ы мен [H⁺], [OH⁻] иондары концентрацияларының арасындағы сәйкестік төмендегі кестеде келтірілген:

Күшті қышқылдар мен күшті негіздердің сулы ерітінділерінің рН сутектік көрсеткіштері

Қышқыл мен негіздерді суда еріткенде, олардың молекулаларының иондану дәрежелеріне байланысты, бұл қосылыстар күшті және әлсіз болып екі топқа бөлінеді. Күшті қышқылдар мен негіздердің молекулалары суда толық иондарға ыдырайтын қосылыстар. Күшті қышқылдар: күкірт, азот, хлорсутек, бромсутек және йодсутек қышқылдары. Ал күшті негіздерге сілтілік және сілтілікжер металл негіздерін жатқызуға болады.

Сонымен, судың иондық көбейтіндісінің сандық мәнін пайдаланып, ерітіндіде OH⁻ ионының концентрациясы белгілі болса, онда сол ерітіндідегі H⁺ ионының концентрациясын есептеп табуға болады, немесе керісінше.

Мысалы: Молярлық концентрациясы 0,1 M NaOH ерітіндісіндегі H⁺ ионының концентрациясы неге тең?

Шешуі: Судың иондық көбейтіндісінің теңдеуі: = [H