Күшті протолиттер ерітіндісіндегі рһ. Су бойындағы протолиттер (қышқыл-негіздер)

Оңтүстік Қазақстан обылысы
Шардара ауданы
№ 16 колледж студенті   
Орындаған: А-41 топ студенті Ұшқын Нұрбек Қайратбекұлы

                                   

Еріткіш бойында еріген протолит күшті қышқылдар қатарына жататын болса, онда төмендегі тепе-тендік оң бағытқа ығысқан, яғни рК_А < 0:

A + HSolv ⇔H₂Solv⁺ + B

Hcl + H₂O ⇔ H₃O⁺ + Cl^-

Мұндағы рК_НСІ мәні теріс болған сайын, еріген қышқыл лионий иондарына толығымен өтеді.

Күшті протолиттер үшін автопротолиз нәтижесінде түзілетін лионий ионының концентрациясын протолит концентрациясы 10^-6 моль/л-ден төмен болғанда ғана ескеруге болады.

Өзге жағдайларда, лионий ионының концентрациясы сол протолиттың аналитикалық концентрациясына тең деп қабылданады, яғни:

[H₂Solv⁺] =C_A

Айтқанымыз түсінікті болу үшін мысал қарастыралық.

1 - мысал. 0,1 молярлы тұз қышқылының судағы сутектік көрсеткішін анықтау керек болсын. Берілген ерітіндінің концентрациясы 0,1 моль/л. Демек,

[H₂Solv⁺] =[H₃O⁺]=C(HCl), яғни [H₃O⁺]=0.1моль/л

ph= - lg[H₂Solv⁺] = - lg[H₃O⁺]= - lg10^-1=1

Дәл осындай есептеулер күшті негіз (рК_в < 0) ерітілген жағдайда да орынды, яғни лиат иондарының концентрациясы   негіздің аналитикалық концентрациясына  тең деп алынады:

B+HSolv ⇔ A+Solv^-; C_B= [Solv^-]

Әлсіз протолиттер ерітіндісіндегі рН

Әлсіз қышқыл үшін рК_А > 0, яғни

A+HSolv ⇔ H₂Solv⁺ +B

A+H₂O ⇔ H₃O⁺ +B

теңдеулерінде тепе-теңдік солға қарай ығысқан.

Мұндағы  А - әлсіз қышқыл,  HSolv- кез-келген еріткіш,  B - сабақтас түзілген негіз.

Қышқыл өте аз мөлшерде ионға ыдырайтын болғандықтан, оның бастапқы концентрациясы тұрақты ([А] = Сд), ал түзілген лионий және лиат иондарының концентрациясы өзара тең деп есептелінеді, яғни:

 [B] = [H₂Solv⁺] кез-келген еріткіш үшін

 [B] = [H₃O⁺] судағы еріткіш үшін.

Әлсіз қышқыл үшін оның қышқылдық константа өрнегі төмеңдегідей болып жазылады:

K_A= [H₂Solv⁺]  [B] / [A]

Егер  [B] = [H₂Solv⁺]  және  [A] қышқыл концентрациясы C(A) екендігін ескерсек, өрнекті мына түрде жазуға болады:

K_A= [H₂Solv⁺] [H₂Solv⁺] [/ C(A)= [H₂Solv⁺]²/C(A)

Бұл тендіктен лионий ионының концентрациясы былайша анықталады:

Ал,  pH= - lg[H₂Solv⁺] екендігін ескерсек, әлсіз қышқыл үшін сутектік көрсеткіш - қышқылды   константа және сол қышқылдың концентрациясына тәуелді болады, яғни:

pH= -1/2 lg K_A -1/2 lg C(A)

Тақырып түсінікті болу үшін мысалдар қарастыралық.

1 - мысал. 0,1 молярлы сірке қышқылының судағы сутектік көрсеткішін есепте.

Шешімі. Әлсіз протолит үшін рН - шамасын жазып қоямыз:

pH= -1/2 lg K_A -1/2 lg C(A)

Есеп шарты бойынша C(A)= 0,1 моль/л.

К_А шамасын анықтама құралында келтірілген кестеден аламыз. К_{СНзСООН} = 1,74·10^-5. Осы орайда бірден рК_{СНзСООН} - мәнін пайдалана берсе де болады, өйткені рК_А = -lgК_А; pК_{СНзСООН} ⁼ 4,8.

Табылған мәндерді теңдеудегі орындарына қойып рН -шамасын есептейміз:

pH=1/2 *4.8- 1/2 lg 0.1=2.9; Орта қышқылдық.

Су бойындағы протолиттер (қышқыл - негіздер)

Өткен тақырыптарды қысқаша еске түсіріп өтелік. Таза судың өзі де аз да болса ионға ыдырайды. Түзілген сутек және гидроксил иондарының концентрациясының көбейтіндісін судың иондық көбейтіндісі деп аталады, яғни:

K_W=[H⁺][OH^-]

Келтірілген шамалардың теріс ондық логарифмдерін lgKw_, -lg [H⁺] және -lg[OH^-] -ды, pK_w, рН және рОН деп белгілеп судың иондық константа көрсеткіші, сутектік көрсеткіш және негіздік көрсеткіші деп атадық. Жалпы жағдай үшін, pK_HSolv, pH және pSolv екендігі есімізде болар.

Судағы ерітінділер үшін, оның қышқылдығы немесе негіздігін сипаттайтын сутектік көрсеткіші шамасы нольден он төртке дейінгі мәндерге ие бола алады, яғни:

0<pH<pK_w немесе 0<pH<14,

жалпы еріткіштер үшін:

0<pH<pK_Hsolv

Ерітінді қышқылдық та, сілтілік те қасиет көрсетпесе судағы орта бейтарап болып, сутектік көрсеткіш мәні жетіге теңеледі.яғни:

рН = рОН = 7.

Қышқылдық орта үшін: рН< 7.

Негіздік орта үшін: рН > 7.

Еңді осы судағы ерітінділер үшін рН мәнін есептеулермен танысалық.

I. Суда ерігеңде Н⁺ немесе ОН^-  иондарын түзетін, толық ионға ыдыраған заттар үшін, аталған иондар концентрациясы сол заттың алынған аналитикалық концентрациясына тең деп есептелінеді. Мысалы, 0,01 молярлы тұз қышқылының сутектік көрсеткішін есептелік.

Өзіміздің жоғарыдағы шарт бойынша

[Н⁺] =С(НС1).

Демек, [Н⁺] = 0,01 моль/л. Олай болса рН - мәні мынаған тең:

рН = -1g [Н⁺] = -1_g 0,01 = -1g 10^-2 = 2.

Ал, егер 0,01 молярлы күкірт қышқылы берілсе, оның рН мәнін анықтау үшін диссоциациялану теңдігін жазып аламыз:

H₂SO₄ ⇔2H⁺ + SO^-2₄

Сутeк иондарының концентрациясы қышқыл концентрациясына қарағанда екі есе жоғары, яғни:

[Н⁺] = 2·С(Н₂S0₄) = 2·0,01 = 0,02 моль/л.

рН шамасын есептейміз

рН = -1g [Н⁺] = -1g 0,02 = -1g 2·10^-2 = 2 -1g 2 = 1,7.

Cуда сілті ерітіндісі болған жағдайда өзімізге таныс pH+рОН = 14 теңдігі пайдаланылады.

Мысалы, 0,1 молярлы натрий гидрооксидінің сутектік көрсеткішін есептеу қажет болсын. Ол үшін натрий гидрооксидінің судағы диссоциациялануын жазып аламыз

NaOH⇔Na⁺ +OH^-

Теңдіктен С(NaOH) = [OH^-] = 0,1 моль/л.

Ерітінді рН шамасын есептейміз:

рН=14-рОН

рН = 14 - (-lg 0,1) = 14 - (-lg 10^-1) =14-1 = 13.

рН > 7. Орта сілітілік.

Құрамында гидроксил топшасы бірден жоғары, мысалы, 0,01 молярлы Ва(ОН)₂, ерітіндісін қарастыралық. Диссоциациялану теңдеуін жазып [ОН^-] - шамасын анықталық.

Ва(ОН)₂↔Ва²⁺ + 20Н^-

[ОН^-] =2 С(Ва(ОН)₂) = 2·0,01 = 0,02 моль/л

рОН = -lg [ОН-] = - lg 0,02 = - lg 2·10^-2 =2 - lg 2 =1,7

рН= 14-рОН=14-1,7 = 12,3.

Суда ерігенде Н⁺, ОН^- иондарына толық ыдырамайтын қышқыл - негіздер үшін сутектік көрсеткішті есептеуде диссоциациялану дәрежесі      (α) және диссоциациялану константасы К - пайдаланылады.

Диссоциациялану константасының мәні протолиттік ілімдегі қышқылдық константа К_А және негіздік константа К_в шамаларымен сәйкес келеді.

Егер α - мәні белгілі болса, онда сутек иондарының концентрациясы былайша анықталады:

[Н⁺] = α С

рН = - lg α С.

Енді, тепе-теңдік константа мәнін пайдаланып рН -ты есептелік. Кез-келген НАn - қышқыл үшін, оның диссоциациялану константасының өрнегі төмендегіше жазылады:

НАn⇒H⁺+An^-;

K_A=[Н⁺] [An^-] /[HAn]

Қышқыл концентрациясын оның ионға ыдыраған және ыдырамаған бөліктерінің қосындысы ретінде қарастырсақ, мына теңдік орынды:

С = [НАn] + [Аn^-].

Ерітіндінің электробейтарап қасиетінен [Аn^-]  = [Н⁺] екендігі шығады, яғни тепе-теңдік константа өрнегінде осы жағдайды ескерсек төмендегідей өрнек аламыз:

K_A=[Н⁺] [Н⁺] /C-[Н⁺] =[Н⁺] ²/C-[Н⁺]

Осы теңдікті шешіп [Н⁺] -ты анықталық

Көп жағдайда C>> [Н⁺] болғандықтан, жуықтап есептеулерде төмендегіше жүргізе береді:

K_A=[Н⁺] ²/C-[Н⁺]=[Н⁺] ²/C

Ал бұл тендіктен сутектік көрсеткіш мәні төмендегіше анықталады:

pH=1/2pK_A - 1/2 lgC

Мұндагы  рК_А - қышқылдық константа көрсеткіші.

Жалпы, бұл теңдікті пайдалану үшін дәлдіктің ауытқу шамасын 5% деп алсақ, онда мына шартты теңсіздік орындалуы тиіс:

1 - мысал. Молярлығы 0,035 моль/л сірке қышқылының қышқылдық константа шамасы К_А=1,75·10^-5. Осы қышқыл ерітіндісінің рН -мәнін анықта.

Шешімі. Бірінші кезекте теңсіздік шартының орындалуын тексерелік

С_А/K_A=0.035/1.7*10^-5=2000, яғни 2000 > 400.

Олай болса, жуыктап есептеулер формуласын пайдаланып рН-ты есептейміз.

pH=1/2pК_А-1/2lgС_А    pK_CH3COOH=4.7

pH=1/2*4.77-1/2lg0.035=4.77/2-1/2lg3.5*10^-2 ≈ 2.39+1.46/2=3.12

---

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: