Провежда електричество много слабо, но все пак има известна измерима електрическа проводимост,ко което се обяснява с лека дисоциация на водата вводород и хидроксилни йони:
H2O ⇄ H + OH’
Въз основа на електрическата проводимост на чистата вода може да се изчисли концентрацията на водородни йони и хидроксилни йони във водата. Оказва се, че е равно на 10 -7 Ж-йон /л.
Прилагайки закона за масовото действие към дисоциацията на водата, можем да запишем:
Нека пренапишем това уравнение, както следва:
[OH'] = [H2O]K
Тъй като има много малко вода, концентрацията на недисоциираните H 2 O молекули не само във вода, но и във всеки разреден воден разтвор може да се счита за постоянна стойност. Следователно, замествайки [H 2 O] K с новата константа KH 2 O, ще имаме:
[H] [OH’] = ДО H2O
Полученото уравнение показва, че за вода и разредени водни разтвори при постоянна температура произведението от концентрациите на водородни и хидроксилни йони е постоянна стойност. Тази константа се нарича йонен продукт на водата. Числената му стойност може лесно да се получи чрез заместване на концентрациите на водородни и хидроксилни йони в последното уравнение
ДО H2O = 10 -7 10 -7 = 10 -14
Разтвори, в които концентрацията на водород и концентрацията на хидроксилни йони са еднакви и равни на всеки 10 —7 g-ion/l се наричат неутрални разтвори.В киселинните разтвори концентрацията на водородни йони е по-висока, в алкални разтвори концентрацията на хидроксилни йони е по-висока. Но каквато и да е реакцията на разтвора, произведението на концентрациите на Н и ОН' йони трябва да остане постоянно.
Ако, например, достатъчно киселина се добави към чиста вода, така че концентрацията на водородни йони да се увеличи до 10 -3, концентрацията на хидроксилни йони ще трябва да намалее, така че продуктът [H] [OH'] да остане равен на 10 - 14. Следователно в този разтвор концентрацията на хидроксилни йони ще бъде:
10 -14: 10 -3 = 10 -11
Напротив, ако добавите алкали към водата и по този начин увеличите концентрацията на хидроксилни йони, например до 10 -5, концентрацията на водородни йони ще стане равна на:
10 -14: 10 -5 = 10 -9
Четете статия на тема дисоциация на водата
Чистата вода е лош проводник на електричество, но все пак има измерима електрическа проводимост, което се обяснява с частичната дисоциация на H2O молекулите на водородни йони и хидроксидни йони:
H 2 O H + + OH –
Въз основа на електрическата проводимост на чистата вода може да се изчисли концентрацията на H + и OH – йони в нея. При 25 o C то е равно на 10 –7 mol/l.
Константата на дисоциация на H2O се изчислява, както следва:
Нека пренапишем това уравнение:
Трябва да се подчертае, че тази формула съдържа равновесните концентрации на H 2 O молекули, H + и OH – йони, които са установени в момента на равновесие в реакцията на дисоциация на H 2 O.
Но тъй като степента на дисоциация на H 2 O е много малка, можем да предположим, че концентрацията на недисоциирани молекули H 2 O в момента на равновесие е практически равна на общата първоначална концентрация на вода, т.е. 55,56 mol/dm 3 (1 dm 3 H 2 O съдържа 1000 g H 2 O или 1000: 18 ≈ 55,56 (mol). В разредените водни разтвори можем да предположим, че концентрацията на H 2 O ще бъде същата. Следователно , замествайки в уравнение (42) произведението на две постоянни величини с нова константа (или K W ), ще имаме:
Полученото уравнение показва, че за вода и разредени водни разтвори при постоянна температура произведението на моларните концентрации на водородни йони и хидроксидни йони е постоянна стойност. Нарича се различно йонен продукт на вода .
В чиста вода при 25 o C.
Следователно за определената температура:
С повишаване на температурата стойността се увеличава. При 100 o C тя достига 5,5 ∙ 10 –13 (фиг. 34).
ориз. 34. Зависимост на константата на дисоциация на водата K w
от температура t(°С)
Наричат се разтвори, в които концентрациите на H + и OH – йони са еднакви неутрални разтвори. IN киселоразтворите съдържат повече водородни йони и алкален– хидроксидни йони.Но каквато и да е реакцията на средата в разтвора, продуктът на моларните концентрации на H + и OH – йони ще остане постоянен.
Ако, например, определено количество киселина се добави към чиста H 2 O и концентрацията на H + йони се увеличи до 10 -4 mol/dm 3, тогава концентрацията на OH – йони съответно ще намалее, така че продуктът да остане равен до 10 -14. Следователно в този разтвор концентрацията на хидроксидни йони ще бъде равна на 10 -14: 10 -4 = 10 -10 mol / dm 3. Този пример показва, че ако е известна концентрацията на водородни йони във воден разтвор, тогава се определя и концентрацията на хидроксидни йони. Следователно реакцията на разтвора може да се характеризира количествено чрез концентрацията на Н + йони:
неутрален разтвор ®
разтвор на киселина ®
алкален разтвор ®
На практика, за да се характеризира количествено киселинността или алкалността на разтвора, не се използва моларната концентрация на H + йони в него, а неговият отрицателен десетичен логаритъм. Това количество се нарича pH стойност и се обозначава с pH :
pH = –lg
Например, ако , тогава pH = 2; ако , тогава pH = 10. В неутрален разтвор, pH = 7. В кисели разтвори, pH< 7 (и тем меньше, чем «кислее» раствор, т.е., чем больше в нём концентрация ионов Н +). В щёлочных растворах рН >7 (и колкото повече, толкова по-алкален е разтворът, т.е. толкова по-ниска е концентрацията на Н + йони в него).
Има различни методи за измерване на рН на разтвор. Много е удобно да се оцени приблизително реакцията на разтвор, като се използват специални реагенти, наречени киселинно-алкални индикатори . Цветът на тези вещества в разтвора се променя в зависимост от концентрацията на Н + йони в него. Характеристиките на някои от най-често срещаните показатели са представени в таблица 12.
Таблица 12.Най-важните киселинно-алкални показатели
Изключително важна роля в биологичните процеси играе водата, която е основен компонент (от 58 до 97%) на всички клетки и тъкани на човека, животните, растенията и простите организми. това е средата вв които протичат голямо разнообразие от биохимични процеси.
Водата има добра разтворимост и предизвиква електролитна дисоциация на много вещества, разтворени в нея.
Процесът на дисоциация на водата според теорията на Брьонстед протича съгласно уравнението:
Н 2 0+H 2 0 Н 3 ЗА + + ТОЙ - ;
ΔН dis = +56,5 KJ/mol
Н 2 0 Н + + ТОЙ - Тези. една водна молекула дарява, а другата добавя протон, настъпва автойонизация на водата:
Н 2 - реакция на депротониране + 0 + N 3 ЗА + Н
- реакция на протониране
Константата на дисоциация на водата при 298°K, определена чрез метода на електропроводимостта, е равна на:
a(H +) - активност на H + йони (за краткост вместо H3O + напишете H +);
a(OH -) - активност на OH - йони;
a(H 2 0) - активност на водата;
Степента на дисоциация на водата е много малка, така че активността на водородните и хидроксидните йони в чистата вода е почти равна на техните концентрации. Концентрацията на водата е постоянна и равна на 55,6 mol.
(1000 g: 18 g/mol = 55,6 mol)
Замествайки тази стойност в израза за константата на дисоциация Kd(H 2 0) и вместо активностите на водородните и хидроксидните йони, техните концентрации, се получава нов израз:
K(H 2 0) = C (H +) × C (OH -) = 10 -14 mol 2 / l 2 при 298 K,
По-точно, K(H 2 0) = a(H +) × a(OH -) = 10 -14 mol 2 l 2 - K(H 2 0) се нарича
йонен продукт на вода или автойонизационна константа.
Константата K(H 2 0) зависи от температурата. С повишаването на температурата се повишава, т.к Процесът на дисоциация на водата е ендотермичен. В чиста вода или водни разтвори на различни вещества при 298K активност (концентрация) водородните и хидроксидните йони ще бъдат:
a(H +)=a(OH -)=K(H2O) = 10 -14 =10 -7 mol/l.
В кисели или алкални разтвори тези концентрации вече няма да бъдат равни една на друга, а ще се променят конюгатно: когато едната от тях се увеличава, другата съответно ще намалява и обратно, например
a(H +)=10 -4, a(OH -)=10 -10, техният продукт винаги е 10 -14
pH стойност
Качествено реакцията на средата се изразява чрез активността на водородните йони. На практика не използват тази стойност, а водородния показател рН - стойност, числено равна на отрицателния десетичен логаритъм на активността (концентрацията) на водородните йони, изразена в mol/l.
pH= -lga(з + ),
и за разредени разтвори
pH= -lgC(з + ).
За чиста вода и неутрална среда при 298K pH=7; за кисели pH разтвори<7, а для щелочных рН>7.
Реакцията на средата може да се характеризира и с хидроксилния индекс:
pOH= -lga(ОХ - )
или приблизително
pOH= -ИгC(Oз - ).
Съответно, в неутрална среда pH = pH = 7; в кисела среда рОН>7, а в алкална среда рОН<7.
Ако вземем отрицателния десетичен логаритъм на израза за йонния продукт на вода, получаваме:
pH + pH = 14.
Следователно pH и pOH също са спрегнати величини. Тяхната сума за разредени водни разтвори винаги е равна на 14. Познавайки рН, е лесно да се изчисли pOH:
pH=14 – pH
и обратно:
rОХ= 14 - pH.
Разтворите се разграничават между активна, потенциална (резервна) и обща киселинност.
Активна киселинностизмерва се чрез активността (концентрацията) на водородните йони в разтвор и определя pH на разтвора. В разтвори на силни киселини и основи рН зависи от концентрацията на киселината или основата и активността на Н йони + и ТОЙ - може да се изчисли по формулите:
a(N + )= C(l/z киселина)×α всеки; + )
pH= - log a(H - a(OH - )
)=C(l/z основа)×α всеки;
pH= - log a(OH
pH= - logC(l/z киселина) – за изключително разредени разтвори на силни киселини pOH= - logC(l/z база) - за изключително разредени разтвори на основи
Потенциална киселинностизмерено чрез броя на водородните йони, свързани в киселинни молекули, т.е. представлява „резерв“ от недисоциирани киселинни молекули.
Обща киселинност - сумата от активната и потенциалната киселинност, която се определя от аналитичната концентрация на киселината и се установява чрез титруване
Едно от удивителните свойства на живите организми епостоянство на pH на биологични течности, тъкани и организми. Таблица 1 представя стойностите на pH на някои биологични обекти.
Таблица 1
От данните в таблицата може да се види, че pH на различните течности в човешкото тяло варира в доста широк диапазон в зависимост от местоположението. КРЪВ,подобно на други биологични течности, той се стреми да поддържа постоянна стойност на рН, стойностите на която са представени в таблица 2
Таблица 2
Промените в pH от посочените стойности само с 0,3 към увеличение или намаляване водят до промяна в обмена на ензимни процеси, което причинява тежко болезнено състояние при хората. Промяната на pH от само 0,4 вече не е съвместима с живота. Изследователите са установили, че следните буферни системи на кръвта участват в регулирането на киселинно-алкалния баланс: хемоглобин, бикарбонат, протеин и фосфат. Делът на всяка система в буферния капацитет е представен в таблица 3.
Таблица 3
Всички буферни системи на организма имат еднакъв механизъм на действие, т.к Те се състоят от слаба киселина: въглеродна, дихидрофосфорна (дихидрогенфосфатен йон), протеин, хемоглобин (оксохемоглобин) и соли на тези киселини, главно натрий, които имат свойствата на слаби основи. Но тъй като бикарбонатната система в тялото няма равна по отношение на скоростта на реакция, ще разгледаме способността за поддържане на постоянна среда в тялото с помощта на тази система.
Чистата вода, макар и слабо (в сравнение с електролитните разтвори), може да провежда електрически ток. Това се дължи на способността на водната молекула да се разпада (дисоциира) на два йона, които са проводници на електрически ток в чиста вода (по-долу дисоциацията означава електролитна дисоциация - разпадане на йони):
Водородният индекс (pH) е стойност, характеризираща активността или концентрацията на водородните йони в разтворите. Индикаторът за водород се обозначава с pH. Водородният индекс е числено равен на отрицателния десетичен логаритъм на активността или концентрацията на водородните йони, изразени в молове на литър: pH=-log[ H+ ] Ако [ H+ ]>10-7mol/l, [ OH-]<10-7моль/л -среда кислая; рН<7.Если [ H+ ]<10-7 моль/л, [ OH-]>10-7mol/l - алкална среда; pH>7. Хидролиза на соли- това е химическото взаимодействие на йони на солта с йони на водата, което води до образуването на слаб електролит. 1). Хидролизата не е възможна Сол, образувана от силна основа и силна киселина ( KBr, NaCl, NaNO3), няма да претърпи хидролиза, тъй като в този случай не се образува слаб електролит на такива разтвори = 7. Реакцията на средата остава неутрална. 2). Хидролиза чрез катион (само катионът реагира с вода). В сол, образувана от слаба основа и силна киселина
(FeCl2,NH4CI, Al2(SO4)3,MgSO4)
Катионът претърпява хидролиза:
FeCl2 + HOH<=>Fe(OH)Cl + HCl Fe2+ + 2Cl- + H+ + OH-<=>FeOH+ + 2Cl- + H+
В резултат на хидролизата се образува слаб електролит, Н+ йон и други йони. pH на разтвора< 7 (раствор приобретает кислую реакцию). 3). Гидролиз по аниону (в реакцию с водой вступает только анион). Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой
(KClO, K2SiO3, Na2CO3,CH3COONa)
претърпява хидролиза при аниона, което води до образуването на слаб електролит, хидроксиден йон OH- и други йони.
K2SiO3 + HOH<=>KHSiO3 + KOH 2K+ +SiO32- + H+ + OH-<=>НSiO3- + 2K+ + ОН-
pH на такива разтвори е > 7 (разтворът става алкален). Съвместна хидролиза (както катионът, така и анионът реагират с вода). Сол, образувана от слаба основа и слаба киселина
(CH 3COONH 4, (NН 4)2СО 3, Al2S3),
хидролизира както катиона, така и аниона. В резултат на това се образуват леко дисоцииращи основа и киселина. pH на разтворите на такива соли зависи от относителната сила на киселината и основата. Мярка за силата на киселина и основа е константата на дисоциация на съответния реагент. Реакцията на средата на тези разтвори може да бъде неутрална, леко кисела или леко алкална:
Al2S3 + 6H2O =>2Al(OH)3v+ 3H2S^
Хидролизата е обратим процес. Хидролизата е необратима, ако реакцията води до образуването на неразтворима основа и (или) летлива киселина
Чистата вода е много лош проводник на електричество, но все пак има измерима електрическа проводимост, което се обяснява с леката дисоциация на водата на водородни йони и хидроксидни йони:
Въз основа на електрическата проводимост на чистата вода може да се изчисли концентрацията на водородни и хидроксидни йони във водата. При е равно на mol/l.
Нека напишем израз за константата на дисоциация на водата:
Нека пренапишем това уравнение, както следва:
Тъй като степента на дисоциация на водата е много малка, концентрацията на недисоциираните молекули във водата е почти равна на общата концентрация на вода, т.е. 55,55 mol/l (1 литър съдържа 1000 g вода, т.е. mol). В разредените водни разтвори концентрацията на зодата може да се счита за еднаква. Следователно, замествайки продукта в последното уравнение с нова константа, имаме:
Полученото уравнение показва, че за вода и разредени водни разтвори при постоянна температура продуктът на концентрата от водородни йони и хидроксидни йони е постоянна стойност, която се нарича йонен продукт на водата. Числената му стойност може лесно да се получи чрез заместване на концентрациите на водородни и хидроксидни йони в последното уравнение. В чиста вода при mol/l. Следователно за определената температура:
Разтвори, в които концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони са еднакви, се наричат неутрални разтвори. При, както вече беше споменато, в неутрални разтвори концентрацията както на водородните йони, така и на хидроксидните йони е равна на mol/l. В киселинните разтвори има по-висока концентрация на водородни йони, в алкалните разтвори има по-висока концентрация на хидроксидни йони. Но каквато и да е реакцията на разтвора, произведението от концентрациите на водородни йони и хидроксидни йони остава постоянно.
Ако, например, достатъчно киселина се добави към чиста вода, така че концентрацията на водородни йони да се увеличи до mol/l, тогава концентрацията на хидроксидни йони ще намалее, така че продуктът да остане равен. Следователно в този разтвор концентрацията на хидроксидни йони ще бъде:
Напротив, ако добавите алкали към водата и по този начин увеличите концентрацията на хидроксидни йони, например до mol/l, тогава концентрацията на водородни йони ще бъде:
Тези примери показват, че ако е известна концентрацията на водородни йони във воден разтвор, тогава се определя и концентрацията на хидроксидни йони. Следователно както степента на киселинност, така и степента на алкалност на разтвора могат да бъдат количествено характеризирани чрез концентрацията на водородни йони:
Киселинността или алкалността на разтвора може да се изрази по друг, по-удобен начин: вместо концентрацията на водородни йони, посочете неговия десетичен логаритъм, взет с противоположния знак. Последната стойност се нарича водороден индекс и се обозначава с:
Например, ако mol/l, тогава ; ако mol/l, тогава и т.н. От тук става ясно, че в неутрален разтвор (mol/l). В киселинните разтвори, колкото по-киселинен е разтворът, толкова по-малко. Напротив, в алкални разтвори толкова по-голяма е алкалността на разтвора.
