Водородный показатель – рН растворов.

Вода. Строение молекулы: кислород в молекуле находится в sp³ гибридном состоянии, угол между гибридными орбиталями составляет 104,5⁰, связь О-Н сильно поляризована и так как полярные связи расположены под углом, то и молекула воды в целом полярна. Вследствие высоких эффективных зарядов на атоме кислорода и атомах водорода, между молекулами воды образуются межмолекулярные водородные связи О-Н ··· О-Н

··· - водородная связь.

Каждая молекула оказывается связанной водородными связями с четырьмя другими. Строением воды, а именно наличием водородной связи объясняются такие «аномальные» свойства ее, как текучесть, высокая температура кипения. Вследствие дипольного характера ее молекул вода является хорошим растворителем для веществ с ионными и ковалентными полярными связями. При Т=+4⁰С она имеет наибольшую плотность 1г/см³. Выше и ниже этой температуры плотность воды уменьшается, у всех других веществ плотность с понижением температуры увеличивается.

Вода - слабый электролит, К_д воды = 1,86·10^-16; молекула воды способна к самопроизвольной ионизации. Поэтому она ведет себя и как донор и как акцептор протонов:

НОН ↔ Н⁺ + ОН ^- или

2Н₂О ↔ Н₃О⁺ +:ОН^-

Как слабый электролит вода характеризуется константой равновесия, которая по закону действующих масс для реакции диссоциации воды: НОН ↔ Н⁺ + ОН^- равна

К_{д =} [Н+] · [:ОН ^-] / [НОН];

Ионное произведение воды [Н+] · [:ОН ^-] = К_д ·[НОН];

[НОН] = 1000г / 18г/моль= 55,56 моль/л

[Н+] · [:ОН^-]= 1,86·10^-16·55,56= 10^-14 при Т=298⁰К

Это константа воды К_w=10^-14 зависит от температуры: при 37⁰С

К_w=10^-13,5 при 50⁰С К_w=10^-13,0

в нейтральной среде молярные концентрации [Н+]= [ОН^-] = 10^-7

в кислой [Н+]>10^-7;

в щелочной [Н⁺]<10^-7;

рН – показатель концентрации протонов, численно равный отрицательному десятичному логарифму концентрации протонов. рН= -lg[Н+] (десятичный логарифм lg- это показатель степени, в которую возводится основание десять).

рН 0,1 э НСL; рН= - lg[Н+]= - lg[0,1]= - lg[10^-1]=1

Аналогично рОН = - lg[ОН^-].

рН + рОН =14 – это логарифмическая форма ионного произведения воды. Таким образом: в нейтральной среде [Н⁺]=10^-7моль/л; рН=7;

в кислой среде [Н+]>10^-7 моль/л; рН<7;

в щелочной среде [Н+]>10^-7 моль/л; рН>7;

Кислотность среды (рН) в организме имеет большое значение, например, рН желудочного сока равен 0,9-1,1 в норме; рН крови 7,36; слезная жидкость имеет рН 7,4; сок поджелудочной железы имеют рН=7,7 и т.д.

ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ПО ТЕМЕ: «РАСТВОРЫ»

1. УКАЗАТЬ РАСТВОР, ИМЕЮЩИЙ ЩЕЛОЧНУЮ РЕАКЦИЮ:

1) СаС1₂

2) ZnCI₂

3) Ba(NO₃)₂

4) Ca(HCO₃)₂

Правильный ответ: 4)

2. УКАЗАТЬ СОСТАВ ОСАДКА, ОБРАЗУЮЩИЙСЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ NA₃PO₄ И CA(NO₃)₂: СОСТАВИТЬ УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ.

1) NaNO₃

2) Ca (OH)₂

3) Ca₃ (PO₄)₂

4) Na₂HPO₄

Правильный ответ: 3)

3. КАКАЯ СОЛЬ ПОДВЕРГАЕТСЯ ГИДРОЛИЗУ, НАПИСАТЬ УРАВНЕНИЕ РЕАКЦИИ.

1) СаС1₂

2) Na₂SO₄

3) Ca(CH₃COO)₂

4) CaBr₂

Правильный ответ: 3)

4. УКАЗАТЬ РЕАКЦИЮ ГИДРОЛИЗА:

1) Н⁺+ ОН^-→

2) Н₃О⁺+ОН^{- →}

3) SO₂+H₂O^-→

4) Na₂S + HOH^-→

Правильный ответ: 2)

5. КАКАЯ РЕАКЦИЯ НЕ ПОЙДЕТ?

1) Cu + HCI ^→

2) Cu + HNO₃

3) SiO₂ + H₂O

4) C + H₂SO₄

Правильный ответ: 3)

6. pH = 12. [H⁺]=?

1) 10^-7 моль/л

2) 10^-12 моль/л

3) 10^-2 моль/л

4) 10^-6 моль/л

Правильный ответ: 2

7. КИСЛОЙ СРЕДЕ СООТВЕТСТВУЕТ КОНЦЕНТРАЦИЯ ПРОТОНОВ:

1) [H⁺]=10^-3 моль/л

2) [H⁺]=10^-9 моль/л

3) [H⁺]=10^-7 моль/л

4) [H⁺]=10^-13 моль/л

Правильный ответ: а)

8. РН 0,01 М РАСТВОРА КОН РАВЕН:

1) 2

2) 12

3) 7

4) 0,01

Правильный ответ: 2)

9. КОНЦЕНТРАЦИЯ ПРОТОНОВ В СПИННОМОЗГОВОЙ ЖИДКОСТИ 4,5·10^-8 МОЛЬ/Л. УКАЗАТЬ рН ЖИДКОСТИ:

1) 7

2) 3

3) 8

4) 7,35

Правильный ответ: 4)

10. УКАЗАТЬ РН 0,01 М РАСТВОРА ГЛЮКОЗЫ:

1) 7

2) 6,4

3) 8

4) 7,8 5

Правильный ответ: 1)

Экспериментальная часть

Метод нейтрализации

И его применение в медико-санитарной практике

Кислотно-основного титрования позволяет определять в исследуемых объектах содержание кислых и основных продуктов. Так, в санитарно-гигиенической практике этим методом определяют кислотность и щелочность многих пищевых продуктов, питьевых и сточных вод.

В клинической практике кислотно0основное титрование используют для определения кислотности желудочного сока, буферной емкости крови, спинно-мозговой жидкости, мочи и других биологических жидкостей.

Этот метод широко используется в фармацевтической химии при анализе лекарственных веществ, установления доброкачественности продуктов питания (например, молоко).

Большое значение имеет рассматриваемый метод и при санитарно-гигиенической оценке объектов окружающей среды. Промышленные стоки могут содержать или кислые, или щелочные продукты. Закисление или защелачивание природных водоемов и почвы приводит порой к нарушениям экологии, в связи с чем контроль кислотно-основного баланса весьма важен.

Метод нетрализации

Краткое описание метода нейтрализации сводится к следующим моментам:

А) реакция

В основе метода лежит реакция взаимодействия Н⁺ + ОН^-→Н₂О.

б) Определяемые вещества: кислоты: сильные и слабые; основания: сильные и слабые; соли, подвергающиеся гидролизу.

в) Титранты:

Сильные кислоты (соляная, серная) с концентрацией от 0,01 до 1,0 моль/л используются для определения концентрации оснований и солей, гидролизующихся по аниону.

Сильные основания: (NaOH. KOH) с концентрацией от 0, 01 до 1, 0 моль/л используются, для определения концентраций кислот и солей, гидролизующихся по катиону.

Приготовление рабочего раствора

Чаще всего титранты для метода нейтрализации готовят из фиксаналов. Иногда растворы сильных кислот готовят разбавлением концентрированного раствора кислоты, а растворы сильных оснований, растворением навески твердой щелочи. Последние способы приготовления растворов, требуют экспериментального уточнения концентрации приготовленного титранта с использованием установочных (исходных) веществ.

Для титрантов кислот, в качестве установочных веществ, используют соду Na₂CO₃ или буру Na₂B₄O₇·10 H₂O.

Для титрантов щелочей – щавелевую кислоту (H₂C₂O₄·2H₂O).

Г) Индикаторы

Реакция между кислотами и основаниями не сопровождается, как правило какими-либо внешними эффектами, поэтому для фиксирования точки эквивалентности приходится использовать специальные вещества –индикаторы. Кислотно-основные индикаторы это, слабые кислоты или основания, степень ионизации которых определяется концентрацией [Н⁺] ионов в растворе.

R⁺ + OH^- ↔ ROH ↔RO^- + H⁺

Молекулярная HInd и ионная Ind^- формы индикатора имеют разные окраски. Таким образом, концентрация ионов Н⁺ влияет на соотношение концентрации HInd и Ind^- что, в свою очередь, определяет характер или яркость окраски.

Для характеристики кислотности растворов в химии широко пользуются водородным показателем, рН- отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации [Н⁺]. рН= lg [Н ⁺ ].

В кислых расвторах рН<7, в щелочных рН>7, в нейтральных рН=7.

Все индикаторы изменяют свою окраску не скачкообразно, а плавно, т.е. в определенном интервале значений рН, называемом интервалом перехода. Поскольку индикаторы как кислоты или основания отличаются друг от друга по силе, они имеют разные интервалы перехода (см. табл.).

Таблица 1.

Для определения индикатора необходимо:

1. Написать уравнение реакции.

2. Рассчитать рН для продуктов реакции.

3. По таблице изменения цвета индикатора, выбираем тот индикатор, у которого его рТ и интервал перехода окраски близок к расчетному значению кислотности среды.

Задача № 1.

НА ТИТРОВАНИЕ 10 МЛ NH₄OH ЗАТРАЧЕНО 5 МЛ 0,1 Э РАСТВОРА HCI.

К_Д NH₄OH =1,77·10^-5. ВЫЧИСЛИТЬ СЭ NH₄OH, ВЫБРАТЬ ИНДИКАТОР.

Решение

NH₄OH + HCI. ↔ NH₄CI.+ H₂O

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺, среда кислая.

Точное значение рН рассчитывается по следующей формуле:

pH = 7 + Рсоли- Р к-ты/ 2, где Р = - lg

Для соли NH₄CI; Р К_а= - lg 1,77·10^-5=4,75

Pсоли=-lg1/2исходной концентрации=-lg 0,05=1,301

pH среды в момент эквивалентности:

рН=7 + 1,301 -4,75 /2 = 5,27

Для определения подходит индикатор метилрот,т.к. интервал перехода окраски у последнего лежит в пределах рН 4,2 – 6,3.

Пример 2.

СН₃СООН + NaOH ↔ СН₃СООNa + NaHCO₃

СН₃СОО^- +HOH ↔ HCO₃^- + OH^-, pH>7

Точное значение рН этой соли рассчитывается по формуле:

рН= 7 + pKa – pCсоли / 2, pH=8-10

Пример 3.

NH₄OH + HCI ↔ NH₄CI + H₂O,

NH₄⁺ + HOH ↔ NH₄OH + H⁺, pH = 4-6

При наличии в растворе двух кислот, значительно отличающихся по силе, фиксируются две точки эквивалентности и используются два индикатора.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: