В темата се припомня значимостта на процеса дисоциация на водата. Изразена е равновесната константа на процеса, наричана йонно произведение на водата. Въведено е понятието водороден показател/експонент рН, чиято стойност е критерий за химичния характер на водни разтвори. Представена е връзката между концентрацията на водородни йони, хидроксидните йони, стойността на рН и химичния характер на водния разтвор. В тeмата са дадени примери за изчисление на рН за разтвори на силни и слаби електролити.

1. Тема V.4
доц. Боряна Донкова,
Факултет по химия и фармация,
СУ “Св. Климент Охридски”
Раздел V: РАЗТВОРИ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЪВ ВОДНИ РАЗТВОРИ
ДИСОЦИАЦИЯ НА ВОДАТА. ВОДОРОДЕН ЕКСПОНЕНТ (рН)
1. Водата като електролит. Йонно произведение на водата
2. Химичен характер на водни разтвори. Водороден експонент (рН)
3. Видове разтвори според c(H+) и рН
4. Измерване на рН
5. Примери за изчисление на рН

2. 1. Водата като електролит. Йонно произведение на водата
Чистата вода е много слаб електролит и се разпада на йони обратимо.
дисоциация на вода
H2O ⇄ H+ + OH−
]
[
]
[
.
]
[
K
O
H
OH
H
2
C



Kc = 1,8.10−16 (25°C)
[H2O] = const = 55,56 mol/dm3
]
OH
[
.
]
H
[
W



K
Йонно произведение на водата
(равновесна константа на
дисоциация на водата)
При 25°С KW = [H+] = [OH−] = 1.10−14 [H+] = [OH−] = 1.10−7 mol/L
2
При дисоциацията на 1 mol чиста вода се получават 1 mol H+ и 1 mol OH– .
Дисоциацията на водата е нищожна (при 25°C само две от 1 милиард
молекули вода са дисоциирани), т.е.на практика концентрацията на водата
не се мени. Затова равновесната константа може да се представи като
произведение от йоните на водата, което произведение се бележи с Кw.
При 100°С KW = 55.10−14 KW: зависи само от температурата. За дадена
температура има постоянна стойност.

3. c(H+) се мени в интервала 1.10–14 ≤ c(H+) ≤ 1 mol/L
c(OH–) се мени съответно 1 ≥ c(OH–) ≥ 1.10−14 mol/L
Химичният характер на разтворите (основен, неутрален или киселинен) се
определя от съотношението между c(H+) и c(OH–) в разтвора.
pH = −lg c(H+)
Водороден експонент рН
(водороден показател)
0 ≤ pH ≤ 14
Киселинност на разтвори
2. Химичен характер на водни разтвори. Водороден експонент рН
3
За всеки воден разтвор може да запишем същата зависимост, както за чистата
вода, но се използват означенията c(H+) и c(OH–).
KW = c(H+) .c(OH–) = 1.10−14 (при 25°С)
Химичният характер на разтворите може да се определя както чрез c(H+) в
разтвора, така и чрез c(OH–) в разтвора. По-използваният начин е чрез c(H+).
Стойностите за c(H+) и c(OH–) са много малки величини и за удобство се работи
с отрицателен десетичен логаритъм от съответните концентрации.
Водородният експонент се определя от концентрацията на водородните йони
в разтвора. Стойността на рН е критерий за химичния характер на разтвора.

4. Основност на разтвори:
pОH = −lg c(OH–)
Пример. Измерената чрез рН-метър киселинност на разтвор е рН=4.
Колко е рОН и каква е концентрацията на OH–?
pOH = 14 – pH = 14 – 4 = 10
c(OH–) = 10–pOH = 10–10 mol/L
c(OH–) и pOH се определят чрез c(H+) и pH:
І начин c(OH–) = KW / c(H+)
ІІ начин – lg [OH−] = − lg Kw + lg c(H+)
pOH = pKW − pH
при Т=25°C pOH = 14 − pH.
4
Химичният характер на разтвора
може да се определи и чрез
концентрацията на хидроксидните
йони в него. Тя е мярка за
основността на разтвора.

5. c(H+),
mol/L
1 10-1 10-2 ... 10-6 10-7 10-8 ... 10-12 10-13 10-14
рН 0 1 2 ... 6 7 8 … 12 13 14
c(OH–),
mol/L
10-14 10-13 10-12 … 10-8 10-7 10-6 … 10-2 10-1 1
Връзка между c(H+), c(OH–) и рН. Химичен характер на разтворите
киселинни р-ри
c(H+) > c(OH–), т.е.
c(H+) > 10–7
рН < 7
основни р-ри
c(H+) < c(OH–),т.е.
c(H+) < 10–7
рН > 7
неутрални р-ри
c(H+)=c(OH–)=10–7
рН = 7
5
лакмус Взаимовръзка между pH и pOH.
5
0 ≤ pH ≤ 14
3. Видове разтвори според c(H+) и рН

6. Стомашен сок 1,0 – 3,0
Кръв 7,3 – 7,5
Сълзи 7,4
Слюнка 6,4 – 6,9
Лимонов сок 2
Кола 2,5 - 3
Характерни стойности на рН
рН на чиста вода при 25 °C е 7
при 37 °C е 6,81
при 50 °C е 6,55
Вода, оставена на въздух има рН < 7
поради разтварянето на CO2 от въздуха
и процеса:
6
CO2(г) + H2O(р) ⇄ НCO3
–
(р) + H+
(р)
белина
сапунена вода
разтвор на амоняк
магнезиево мляко
сода за хляб
морска вода
дестилирана вода
урина
черно кафе
доматен сок
портокалов сок
лимонов сок
стомашна киселина

7. HIn(р) + H2O(р) ⇄ Н3О+
(р) + In–
(р)
киселинна равно- основна
форма весие ф-ма
4. Измерване на рН
Киселинността се измерва експериментално качествено и количествено.
Качествено: чрез индикатори (In), при които цветът на протонираната
(киселинна) и депротонираната (основна) форма е различен, т.е. зависи от
c(H+) в разтвора
За различните индикатори равновесието между двете форми е в
различни рН интервали.
лакмус червен виолетов син
pH < 4,5 4,5 < pH < 8,3 pH > 8,3
фенолфталеин безцв. безцветен малинов
8,3 < pH < 9,6 pH > 9,6
метилоранж червен оранжев жълт
pH < 3,1 3,1 < pH < 4,4 pH > 4,4
7

8. Универсален индикатор – смес от голям брой индикатори, чрез който се
определя рН от 0 до 14, т.е. покрива се цялата рН скала.
Универсална индикаторна хартия-абсорбираща хартия, импрегнирана с
универсален индикатор.
pH
област
Класификация на
разтвора
Цвят
< 3 силно киселинен червен
3-6 киселинен оранжев / жълт
7 неутрален зелен
8-11 основен син
> 11 силно основен виолетов / лилав
8

9. Количествено определяне на рН: чрез уред, наречени рН-метър
http://en.wikipedia.org/wiki/PH_meter
9

10. Изчислете рН на разтвор с концентрация на H2SO4 0,05 mol/dm3. Степента на
дисоциация на киселината в разтвора е α = 50%.
5. Примери за изчисление на рН
H2SO4 → 2H+ + SO4
2−

.
. 
  H
HA
H
n
c
c
3
mol/dm
05
,
0
100
50
.
2
.
05
,
0 


H
c
3
,
1
05
,
0
lg
lg 



 
H
c
pH
Пример 1.
10

11. Изчислете рН на разтвор на NaOH с концентрация на разтвореното
вещество 0,01 mol/dm3, като приемете дисоциацията на NaOH за
пълна.
ІІ вар.
NaOH → Na+ + OH−
Пример 2.
3
2
mol/dm
10
.
1
1
.
1
.
01
,
0
.
. 


 
 
OH
NaOH
OH
n
c
c
3
12
2
14
mol/dm
10
.
1
10
.
1
/
10
.
1
/ 




 

OH
w
H
c
K
c
12
)
10
.
1
lg(
lg 12




 

H
c
pH
3
2
mol/dm
10
.
1 


OH
c
2
)
10
.
1
lg(
lg 2




 

OH
c
pOH
12
2
14 



 pOH
pK
pH W
I вар.
11

12. Изчислете концентрацията на H+ в разтвор, чието рН е 3,21?
Пример 3.
Изчислете концентрацията на OH−в разтвор, чието рН е 11?


 H
c
pH lg


 H
c
lg
21
,
3
3
4
21
,
3
mol/dm
10
.
17
,
6
10
10 






pH
H
c


 H
c
pH lg
3
11
mol/dm
10
10 




pH
H
c
3
3
11
14
mol/dm
10
.
1
10
.
1
/
10
.
1
/ 




 

H
w
OH
c
K
c
Пример 4.
12

13. Определете pH на разтвор на оцетна киселина (CH3COOH), чиято
концентрация е 0,30 mol/dm3. Дисоциационната константа на киселината е:
KD =1,8.10-5.
CH3COOH ⇄ H+ + CH3COO−

.
. 
  H
HA
H
n
c
c
D
HA
H
HA
D
H
HA
H
K
c
n
c
K
n
c
c .
.
.
. 

 

HA
D
c
K


3
3
5
mol/dm
10
.
3
,
2
10
.
8
,
1
.
3
,
0
.
1 




H
c
63
,
2
lg 

 
H
c
pH
13
Пример 5: изчисления на рН за разтвор на слаб електролит,
при използване връзката между α и KD

14. 1. Да мога да записвам дисоциацията на водата и йонното произведение на
водата?
2. Да знам каква е стойността на йонното произведение на водата при 25ºС?
3. Да мога да изчислявам концентрацията на H+ по дадена концентрация на
ОН– и обратно.
4. Да правя връзка между водородния показател рН и концентрацията на H+ в
разтвора.
5. Да мога да определям химичния характер на разтвори въз основа
стойността на рН, концентрацията на H+ и съотношението им с
концентрацията на ОН– йони?
6. Да знам как се променя цвета на лакмус и фенолфталеин в зависимост от
химичния характер на разтвора.
14
КАКВО ТРЯБВА ДА ЗНАМ И МОГА????