10+лек. Суды ионды Кбейтіндісі суды диссоциациясы, сутектік крсеткіш

• Название: Суды ионды Кбейтіндісі суды диссоциациясы, сутектік крсеткіш
• Дата: 28.04.2022
• Размер: 94.7 Kb.
• Имя файла: 10+лек.docx
• Тип: Документы; #503488

СУДЫҢ ИОНДЫҚ КӨБЕЙТІНДІСІ

Судың диссоциациясы, сутектік көрсеткіш
Судың көптеген электролитке еріткіш болғанымен қатар ол нағыз амфолитке мысал бола алады, өйткені ол мынадай иондарға ыдырайды:

(15)

Диссоциациялану константасы:



Су әлсіз электролит болуына байланысты диссоциациялану константасының бөліміндегі [H₂O] – диссоцияланбаған су концентрациясын көлемі 1л судағы мольдер санымен алу қабылданылған.

V(H₂O) = 1л, ρ = 1 г/мл, m(H₂O) = 1000г, M(H₂O) = 18 г/моль , олай болса ері:



Сонда, , яғни

Бұл тұрақты санды су иондарының көбейтіндісі (К_w) деп атайды.

К_w = 1*10^-14 = [H⁺]*[OH^-] (8.11)

Суға сілті, қышқыл, тұз ерітінділерін құю Ле-Шателье принципі бойынша (8.10) тепе-теңдікті ығыстырады, бірақ иондар концентрацияларының көбейтіндісі тұрақты болып қалады (тұрақты температурада). Сондықтан ерітіндідегі бір ионның концентрациясы белгілі болса, екіншісінікін анықтау мүмкін болады:



Ерітіндідегі заттың ортасын сандық жағынан осы иондар концентрациясының біреуімен белгілеуге болады, олай болса,

бейтарап ортада:

қышқылдық ортада:

ал, сілтілік ортада: болады.

Электролиттің судағы ерітіндісінің ортасын белгілеу үшін сутектік көрсеткіш (1920, В.Соренсен) дейтін шама енгізілген (pH).

Сутектік көрсеткіш дегеніміз теріс таңбамен алынған сутек иондарының концентрациясының ондық логарифмі:

(16)

Сонда, pH=7 – орта бейтарап, pH<7 – орта қышқылдық, pH>7 – орта сілтілік.

Электролит ерітіндісінің ортасын зертханаларда қарапайым индикаторлар және pH-метрлер көмегімен анықтайды.

Индикаторлар деп электролит ерітінділеріне қосылғанда түстерін өзгертетін әлсіз органикалық қышқылдар не негіздерді айтады.

Мысалы, фенолфталин әлсіз органикалық қышқыл (HJnd), оның диссоциалану теңдеуін жазсақ:



Түссіз таңқұрай



Егер ерітіндіге сілті ерітіндісін құйсақ, тепе-теңдік оңға ығысады, өйткені индикатордың H⁺ ионымен электролиттің ОH^- иондары бірігіп, әлсіз электролит су түзеді, ерітінді түсі таңқурай түсіне боялады. Ал, қышқылдық ортаны анықтау үшін әлсіз органикалық негіздерді пайдаланады.


Сапалық анализ талдау барысында ерітіндісінің рН-ың индикатор арқылы анықтайды. Индикаторлар ортаның рН-на байланысты өзінің түзіп өзгеретін заттар.

Мысал

Сутек ионының концентрациясы [H⁺]=3 ∙10^-5 моль/л болғанда ерітіндінің рН және рОН-ын

есептеу.

ШЕШУІ:

рН = -lg[H⁺] = -lg(3 ∙10^-5) = -(lg3 ∙ lg10^-3) = -(lg3-5lg10) = -(0,48 -5) = 5 – 0,48 = 4,52

pOH = 14-pH = 14 – 4,52 = 9,48

Ендеше, ерітінді реакциясы қышқылды болады екен.
Күшті қышқылдар мен негіздер ерітінділеріндегі рН-тың есептеп шығарылуы



Күшті қышқылдардың (HCl,HBr,HJ,H₂SO₄,HNO₃,HClO₃,HClO₄, және т.б) сулы ерітінділері 100% диссоциациялануына байланысты, сутек иондардың концентрациясы қышқыл концентраиясын тең болады.

[H⁺] = C _қышқыл, рН = -lg C _қышқыл

Күшті негіздер де осыған сәйкес: [OH^-] = C_негіз; pOH = -lgC_негіз
[H⁺]= Сонда, pH = -lg = lgK_w + lgC_негіз

содан, рН=14 –pOH

Әлсіз қышқылдар мен негіздер ерітінділеріндегі рН-ың шығарылуы
Әлсіз қышқылдар мен әлсіз негіздердің, күшті қышқылдар мен күшті негіздердін айырмашылығы сулы ерітіндіде өте аз мөлшерде диссоциацияланатындығында, сондықтан бұлардағы рН-ты диссоциация константасын ескере отырып есептеп шығарады.

Әлсіз қышқылдар үшін : HAn ↔ H⁺ + An^- , K_қышқыл=
[H⁺] = [An^-] концентраиялары бір негізді қышқылдар үшін тең болғандықтан, тепе-теңдігі басқа түрде жазуға болады,ол: K_қышқыл= , бұдан, [H⁺]=
демек, рН= - lg K_қышқыл - lgC_қышқыл немесе рН=
Әлсіз негіздер үшін: KtOH^- _→ Kt⁺ + OH^-, K_негіз=
[OH]= , pOH = - lg K_негіз- lg C_негіз = pK_нег - lgC_нег

pH = 14 - pOH
Әлсіз көп негіздері қышқыл ерітінділеріндегі рН-ты есептеу

Көп негізді қышқылдардың сулы ерітіңділерінің диссоциациясы бірнеше сатыда өтеді.

Егер бірінші сатыдағы қышқылдың ионизациялану константасы шамамен 2-ші сатыға қарағанда 1000 есе артық болса, онда тек 2–ші сатыдағы ионизациялану ғана есепке алынады, себебі сутек иондарының концентрациясы негізінен 1-ші сатыдағы ионизациялану дәрежесімен анықталады. Мысалы, көмір қышқылының ионизациясы 2 сатыда жүреді:
I  (I саты)

II  (II саты)





Сонымен, 0,01 м көмір қышқылы ерітіндісіндегі  концентрациясы  есепке ала отырып анықталады:

[H⁺] = = 6,7 ∙ 10^-5



Буферлік ерітінділер
Егер кез келген қышқылдың немесе сілтінің ерітіндісіне суды қосса, онда сутек немесе гидроксид иондарының концентрациясы да азаяды.

Мысалы HCI тұз қышқылын 0,01 н 10-ға сұйылтсақ, онда оның концентрациясы 0,001 Н-ға тең болады, яғни 10 есе азаяды, осыған байланысты ерітіндідегі рН 2- 3-ке дейін өзгереді. Егер суды әлсіз қышқыл қоспасы СH₃COOH және оның тұзы СH₃ OONa немесе әлсіз негіз NH₂OH және  NH₂ құйсақ, онда ерітіндінің сұйылуына қарамастан сутегі және гидроксил иондарының концентрациясы, демек ерітіндідегі рН өзгеріссіз қалады. Ерітінділерді сұйылтып және оған қышқылмен негіздің аз мөлшерін қосқан кезде оның рН-тың мәнін сақтап қалу қасиетін буферлік әрекет деп атайды. Ал бір мезгіл кезінде әлсіз қышқыл және оның тұзы немесе әлсіз негіз және оның тұзы бар, буферлік әрекет жасаушы ерітінділерді буферлік ерітінділер деп атайды. Осындай буферлік ерітінділерге жататын қоспалары:

ацетатты буфер – CH₃COOH+CH₃COONa

аммиакты буфер NH₄OH+NH₄Cl ,

карбонатты буфер NaH₂CO₃

фосфатты буфер NaH₂PO₄+Na₂HPO₄ .

Буферлі әрекеттің мәні
Буферлік жүйелердің оларға аз мөлшерде күшті қышқыл немесе күшті негіз қосқан кезде рН-ты тұрақты ұстау қасиеті буферлік қоспа құрамының бір бөлігі қосылған қышқылдың – иондарымен әрекеттесуіне негізделген.

Мысалы егер ацетатты буферлік ерітіндіге күшті қышқыл құйса, онда ацетат – ион және қышқылдың сутек иондары арасында реакция жүреді:

CH₃COONa+HCl CH₃COOH+NaCl
н емесе

CH₃COO^- +H^- CH₃COOH
Сондай-ақ күшті қышқылдың орнына диссоциацияға аз түсетін сірке қышқылы басады және ерітіндідегі рН өзгеріске ұшырамайды. Ацетатты буферлі қоспаға күшті негіз қосқан кезде буферлік қоспаның екінші (құрамдық бөлігі) компоненті болып табылатын сірке қышқылымен бұл негіз бейтараптанады (нейтралданады):

CH₃COOH+NaOH CH₃COONa+H₂O

немесе

H⁺ +OH^- H₂O

Екі жағдайда да ерітіндідегі [H⁺] және [OH^-] концентрациясы айтарлықтай өзгере қоймады, яғни күшті электролиттер аз диссоциацияланатын әлсіз электролиттермен байланысады да сондықтан ортаның рН- ы өзгермейді. Буферлік ерітінділердің ерітіндідегі рН- ты тұрақты ұстап тұру шексіз тұрақты емес, ол буферлік ерітіндінің сапасы мен компоненттердің концентрациясына байланысты болады, буферлік сыйымдылық деген ұғым енгізілді.

Буферлік сыйымдылық деген не Бір литр буферлік ерітіндіге қышқыл немесе негіз қосқанда оның рН мәні тек бірге ғана өзгерте алатын қышқыл мен негіздің шекті мөлшерін айтады.
Буферлі ерітінділердегі рН- ты есептеу
Ацетатты буферлі қоспа CH₃COOH+CH₃COONa CH₃COOH (әлсіз қышқыл)
CH₃COOH ↔ CH₃COO^- + H⁺

К_қышқыл = (20)

1. 
   Теңдіктен сутегі иондарының концентрациясын табамыз:
   

(21)

Әлсіз қышқылдар үшін [CH₃COOH] = C_қышқыл және [CH₃COO^-] + [H⁺], бірақ әлсіз қышқылға бір аттас ион CH₃COONa бар күшті электролит қосқанда кезде қышқылдың диссоциациясы күрт баяулайды, сонда (2) теңдікті мына түрде жазуға болады:

[H⁺] = (3)

Теңдіктің екі бөлігінде логарифмдеу арқылы:

-Ig[H⁺] = pH = - IgK_қышқыл – IgC_қышқыл + IgC_тұз (22)


аламыз. Ал - IgK_қышқыл = рК_қышқыл - Қышқыл көрсеткіш

рН = рК_қышқыл - (23)

Аммиакты буферлі қоспаны дәл осындай жолмен талдай отырып:

NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^-

K_негіз = ;
pOH = pK_негіз - , рН = 14 - рОН

рН = 14 - pK_негіз + Ig
Буферлік ерітінділердің химиялық талдауда қолданылуы

1. Химиялық реакцияда рН- тың дәл мағынасын сақтап, кеңінен қолданылады

2. 3-ші аналитикалық топтың сульфидтері түрінде катиондарын тұнбаға түсіру үшін, рН –ы 9-9,2 болуы керек және барий, стронций, кальций иондарын бөлу үшін анализ жасалып жатқан ерітіндідегі ацетатты буферлі қоспасын қосамыз.