Формула ионного произведения воды.

Константу равновесия, характеризующую произведение молярных концентраций ионов H+ и ОН-, называют ионным произведением воды и обозначают K_W или КH₂O.

K_W = [H⁺][OH^-]

K_W = 1,007·10^-14

Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение

концентрации гидроксид-ионов, и наоборот. Равновесие между ионами Н+ и ОН- существует не только в воде, но и во всех водных растворах. Поэтому это соотношение может характеризовать кислотность и основность различных сред. Диссоциация же воды является эндотермическим процессом. Отсюда в соответствии с принципом Ле Шателье температура оказывает значительное влияние на КW

H⁺(p) + OH^-(p) = H₂O(ж)

Так как KW ≠ 0, то не может быть водного раствора, в котором концентрация Н+ или ОН-

равнялась бы нулю. Следовательно, в любом водном раствope всегда присутствуют

совместно ионы Н⁺ и ОН^-.

В нейтральной среде

[Н⁺] = [ОН^-] = (10^-14)^1/2 = 10^-7 моль/л,

в кислой среде

[Н⁺] > 10^-7 моль/л и [ОН^-] < 10^-7 моль/л,

в щелочной среде

[Н⁺] < 10^-7 моль/л и [ОН^-] > 10^-7 моль/л.

Для характеристики кислотности (щелочности) среды можно пользоваться любой из

этих величин, так как

[Н⁺] = 10^-14 / [ОН^-] и [OH^-] = 10^-14 / [Н⁺].

Обычно кислотность и щелочность среды характеризуют концентрацией водородных ионов. Строго говоря, постоянство ионного произведения воды справедливо лишь в том случае, если аналитические концентрации ионов заменены их активностями. Это особенно важно для концентрированных водных растворов сильных кислот и оснований (для малых

концентраций H+ и ОН- значения концентрации и активности практически совпадают).

Для оценки кислотности, нейтральности и щелочности водных растворов удобно

пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем. Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде. Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. pH = -log[H⁺]. Если говорить проще, то величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н⁺ и ОН^-, образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН^-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н⁺ (рН<7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН. pH воды - один из важнейших рабочих показателей качества воды, во многом определяющих характер химических и биологических процессов, происходящих в воде. В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д. Контроль за уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его "уход" в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Оптимальная требуемая величина рН варьируется для различных систем водоочистки в соответствии с составом воды, характером материалов, применяемых в системе распределения, а также в зависимости от применяемых методов водообработки

3. Напишите варианты реакций получения кислот при взаимодействии оксидов с водой.

SO3 + H2O = H2SO4

SO2 + H2O = H2SO3

CO2 + H2O = H2CO3

CrO3 + H2O = H2CrO4

2Mn2O + 2H2O = 4HMnO4

 

Билет № 28

1. Что такое «растворы» и какие они бывают (классификация)?

Растворы – это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ (компонентов).

По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе. Подробнее остановимся на жидких растворах, в которых растворитель – жидкость. По исходному состоянию растворяемого вещества (г, ж или т) жидкие растворы можно разделить на 3 группы: (ж + г), (ж + ж) и (ж + т). К первой из них относятся такие системы, как соляная, сероводородная, сернистая кислоты, представляющие собой водные растворы газообразных HCl, H₂S, SO₂. К системе (ж + ж) относятся растворы спиртов, эфиров, серной и азотной кислот в воде. При этом растворенным веществом считается тот компонент, который сообщает системе специфические свойства. Третья группа растворов является самой многочисленной, т.к. к ней относятся водные растворы большинства солей, щелочей, твердых кислот (например, борной, лимонной). По типу взятого растворителя различают водные (Н₂О) и неводные растворы (бензол, хлороформ, ацетон и др.)

Движущими силами образования растворов являются энтропийный и энтальпийный факторы. При растворении газов в жидкости энтропия всегда уменьшается ΔS < 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS > 0). Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества и растворителя, тем больше роль энтальпийного фактора в образовании растворов. Знак изменения энтальпии растворения определяется знаком суммы всех тепловых эффектов процессов, сопровождающих растворение, из которых основной вклад вносят разрушение кристаллической решетки на свободные ионы (ΔH > 0) и взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя (сольтивация, ΔH < 0). При этом независимо от знака энтальпии при растворении (абсолютно нерастворимых веществ нет) всегда ΔG = ΔH – T∙ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию. Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

В зависимости от размеров частиц растворы делятся на истинные (гомогенный) и коллоидные (гетерогенные). В истинных растворах мельчайшие частицы растворенного вещества равномерно распределены между молекулами растворителя; в коллоидных растворах не растворившиеся до конца частицы равномерно распределены между молекулами растворителя. Истинные растворы термодинамически устойчивы, время жизни стремится к бесконечности.

Растворы с меньшей концентрацией называются ненасыщенными, насыщенными – концентрация растворенного вещества максимальна при данной температуре и давлении.

Растворы имеют чрезвычайно большое практическое значение, в них протекают многие химические реакции, в том числе и лежащие в основе обмена веществ в живых организмах.