Лсіз қышқылдар мен негіздердің ерітінділері

Әлсіз қышқылдың ертіндісінде протолиттік реакция оңнан солға қарай ығысқан, сондықтан ертіндіде қышқыл НА түрінде жүреді, тек оның азғантай мөлшері гидроксоний ионына айналады. Жуық есептеулерде [НА] ≈ С_НА деп алуға болады. Сонымен қатар:

 

НА + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + А^- теңдігінен [Н₃О⁺] = [А^-].

 

Келтірілген мәндерді қышқылдық константаның теңдігіне қойсақ:

 

 

Егер К⁰_а= К^С_а деп алсақ:

 

-lg [Н₃О⁺] = – lg K ^C_HA – lg C_HA;

 

pH = pK^C_HA – lg C_HA (5.19)

 

Мысалы: 0,01М а) сірке қышқылының, б) аммоний хлориді­нің судағы ертінділерінің рН-ы:

 

а) рН = pK – lg = 4,76 – lg 10^-2 = 3,40;

 

б) NН₄⁺+Н₂О↔Н₃О⁺+NН₃;

 

Әлсіз негіздердің судағы ертіндісінде протолитті реакция оңнан солға қарай ығысқан: В+ Н₂О↔ВН⁺+ОН^-. Жуық есептеулерде [В] ≈ С_В; [ВН⁺] = [ОН^-]

 

 

рОН = 1/2рК^С_В – 1/2 lg C_В

 

рН = pK_W – pOH =pK_W -(1/2) pK^C_B +(1/2) lg C_B (5.20)

 

Мысалы: 0,01M а) амиактың, б) сірке қышқылды натрийдің судағы ертінділерінің рН-ы:

а) рН = 14 – ·4,6 + lg 10^-2 = 14 – 2,3 – 1 = 10,70;

б) СН₃СОО^- +Н₂О ↔ СН₃ СООН + ОН^-

рН=14– pK^C_СН3СОО^-+ lgС_СН3СОО^- =14 – ·9,2+ lg10^-2=14–4,6–1=8,40.

 

Егер протолиттердің ертіндісі өте сұйытылған болса, не қышқылдық (негіздік) константалардың мәні үлкен болса рН – мәнін есептеу күрделенеді:

 

НА + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + А^- _; [Н₃О⁺] = [А^-] = X; [НА] = С_НА – Х

 

 

Х ² + К_а ·Х + К_а ·С_НА = 0

 

 

не

 

Лсіз қышқыл мен қосарласқан негіздің немесе әлсіз негізбен қосарласқан қышқылдың ерітінділері. Буферлі ерітінділер

Қосарласқан қышқылды-негіздік жұбы бар ертінді екі бәсекелес тепе-теңдікке байланысты қышқылдық, сілтілік, не бейтарап болуы мүмкін.

НА-әлсіз қышқылы мен оның натрий тұзының NaА қоспасы бар ертіндіде:

 

НА + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + А^-, (5.21)

 

А^- + Н₂О ↔ ОН^- + НА, (5.22)

Егер (5.21) тепе-теңдік (5.22) тепе-теңдікке қарағанда оң жаққа көбірек ығысқан болса ертіндінің қышқылдығы (5.21) тепе – теңдіктен анықталады:

 

; [НА] = С_НА; [А^-] = С_А^-

 

; (5.23)

Мысалы, 0,40 М құмырсқа қышқылы мен 1,0 М құмырсқа қышқылды натрий (натрий формиаты) қоспасы бар ертіндінің рН табайық:

 

НСООН + Н₂О ↔ Н₃О⁺ + НСОО^- (5.24)

; К_в = К_W /К_а = 5,6. 10^-11

 

К_а> К_в , сондықтан ертіндіде (5.24) тепе – теңдік басым жүреді:

 

рН = 4,15.

Сол сияқты әлсіз негіз ертіндісінде, мысалы аммиак пен аммоний хлориді бар ертіндіде:

NН₃ + Н₂О ↔ NН₄ ⁺+ ОН^- (5.25)

 

NН₄⁺ + Н₂О↔ NН₃ +Н₃О⁺

 

К_в > К_а, сондықтан ертіндіде басым жүретін тепе-теңдік (5.25). Ертіндінің қышқылдығы (5.25) теңдігінен анықталады:

 

; [NН₃] = С _NН3 ; [NН₄ ⁺] = С _NН4СІ

; ;

 

(5.26)

Мұндай қоспалардың ерітінділері буферлі ерітінділер деп аталады. Буферлі ерітінділердің рН-ы оларды сұйылтқанда, не аздап қышқыл мен негіз қосқанда іс жүзінде өзгермейді.

Буферлі ерітіндіні сұйылтқанда қоспаның құрамындағы компоненттердің концентрациялары бірдей өзгереді, сондықтан олардың қатынасы тұрақты болып қалады. (5.23, 5.26-теңдіктері).

Егер бұл ерітіндіге Н₃О⁺ концентрациясын өзгертетін күшті қышқыл қоссақ (5.21) теңдігі бойынша НА концентрациясы көбейеді (С_НА+[Н₃О⁺]), ал А^- концентрациясы азаяды (С_А^- – [Н₃О⁺]). Бұл мәндерді (5.23) теңдікке қойсақ

 

 

Керісінше, күшті негіз құйсақ НА концентрациясы азайып, А^- концентрациясы артады: (С_НА-[ОН^-]); (С_А^- + [ОН^-]).

 

 

Мысалы, құрамында 0,1М СН₃СООН және 0,1М СН₃СООNa бар буферлі ерітіндінің рН осы ерітіндіге 0,01М НCl, 0,01М NaOH қосса былай өзгереді ( = 1,75∙10^-5; рК_а= 4,76):

 

1)

 

2) 0,01М НСl қосқаннан кейін:

 

 

Егер 0,01 М НСl- ды таза суға қосса ерітіндінің рН 7-ден 2-ге дейін өзгерер еді, ал буферлі қоспаның рН 0,09-ға ғана өзгереді.

1) 0,01М NaOH қосқанда:

 

 

Буферлі қоспа аналитикалық химияда кең қолданылады. Буферлі қоспа буферлік сыйымдылық π деген мәнмен сипатталады, бұл 1 л ерітіндінің рН-ын бір бірлікке өзгертуге жеткілікті қышқыл мен сілтінің мөлшері (моль):

 

π = (∆С/∆рН)

 

Ең жоғарғы буферлік сыйымдылық бар ерітінді бұл компоненттерінің қатынасы 1:1 тең ерітінді.