Лекция по теме: «Произведение растворимости рН растворов»

В насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита устанавливается равновесие между твердой фазой (осадком) и ионами электролита:

ВaSO_{4 (в осадке)} Вa²⁺_{(в растворе)} + SO₄^2-_{(в растворе)},.

которое характеризуется константой диссоциации:

Так как концентрация вещества в твёрдой фазе [ВаSO₄] постоянна, то и произведение концентраций ионов малорастворимого электролита в насыщенном растворе (произведение растворимости (ПР)) есть величина постоянная при данной температуре:

К_д • [ВаSO₄] = [Ва²⁺(р-р)] • [SO₄^2-(р-р)] = ПР ВaSO₄.

Чем больше ПР, тем более растворимо вещество.

При сливании двух растворов электролитов может выпасть осадок:

ВaCl₂ + Na₂SO₄ Вa SO₄ + 2NaCl,.

Вa²⁺ + 2Cl- + 2Na⁺ + SO₄^2- ВaSO₄ + 2Na⁺ + 2Cl-,.

Вa²⁺ + SO₄^2- ВaSO₄.

Условия выпадения осадка: если произведение концентрации ионов (произведение ионов или ПИ) малорастворимого электролита превысит произведение растворимости, то осадок выпадет, т. е. если ПИ > ПР, избыток вещества выпадет в осадок, если ПИ<�ПР — осадок не выпадет.

Пример 1. Выпадет ли осадок при сливании равных объемов 0,02 М растворов ВaCl₂ и Na₂SO₄? ПР (ВаSO₄) = 1,110-¹⁰.

Решение: 1. ВaCl₂ и Na₂SO₄ — сильные электролиты, поэтому они полностью диссоциируют на ионы и [Вa²⁺] = С_М(ВaCl₂), [SO₄^2-] = С_М(Na₂SO₄).

• 2. Так как при сливании объём возрастает вдвое, в момент сливания концентрации вдвое уменьшатся: [Вa²⁺] = [SO₄^2-] = Ѕ0,02 = 0,01 моль/л.
• 3. ПИ = [Вa²⁺][SO₄^2-] = 0,010,01 = 110-⁴. ПИ>>ПР (1,110-¹⁰), осадок выпадет.

Водородный показатель (рН) Вода — очень слабый электролит, поэтому в незначительной степени диссоциирует на ионы:

H₂O H⁺ + OH-.

Константа диссоциации воды равна: K_д. = [H+][OH-] / [H₂O] = 1,810-¹⁶ (при 25^ОС). Так как степень диссоциации воды мала, то равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды практически равна общей концентрации воды, т. е. для 1 литра воды [H₂O] = 1000 г/л / 18 г/моль = 55,6 моль/л. Тогда получим:

[H⁺][OH-] = K_д. [H₂O] = 1,810-¹⁶55,6 = 10 —¹⁴ = Kw

pKw = [H⁺][OH-] = 10-¹⁴

Константа Kw = [H⁺][OH-] представляется собой постоянную при данной температуре величину и называется ионным произведением воды.

В чистой воде [H⁺]=[OH-]==10-⁷ моль/л. Водный раствор, в котором концентрации H⁺ и OHравны, называют нейтральным. Если раствор кислый, то [H⁺]>[OH-]. Если раствор щелочной, то [H⁺]<[OH-].

Вместо концентраций ионов H⁺ и OHудобнее пользоваться их десятичными логарифмами, взятыми с обратным знаком; эти величины обозначают символами рН и рОН и водородным показателем и гидроксильным показателями:

pH = lg [H+], pОH = lg [ОH].

Логарифмируя ионное произведение воды Kw = [H⁺][OH-], получим:

pKw = pH + pOH = 14.

Таким образом, в нейтральных растворах рН=7, в кислых — рН<7, в щелочных — рН>7. Диапазон значений рН — от 0 до 14:

Экспериментально значение pH устанавливают с помощью приборов (рН-метров, иономеров) или индикаторов — сложных веществ, меняющих цвет в зависимости от рН раствора. Цвета наиболее распространенных индикаторов приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Окраска индикаторов в различных средах.

Для живых организмов поддержание pH очень важно. Так, в желудочном соке pH=1, в слюне pH=8,5, в крови pH=7,36.