Хімія. 9 клас. Попель

§ 9. Вода як електроліт. Водневий показник (рН)

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • характеризувати електролітичну дисоціацію води;
  • з'ясувати, що таке водневий показник (рН);
  • визначати приблизні значення рН розчинів за допомогою універсального індикатора.

Вода як електроліт. Результати дослідів свідчать про те, що чиста вода (наприклад, дистильована, в якій немає розчинених електролітів) має низьку електропровідність. Це зумовлено наявністю у воді дуже малої кількості йонів Н+ та ОН-. Такі йони утворюються внаслідок розриву одного з полярних ковалентних зв'язків у молекулі Н2О (§ 2). Отже, вода — електроліт. Вона дисоціює згідно з рівнянням

Н2О ⇄ Н+ + OH-.

Вода є дуже слабким електролітом. За температури 25 °С лише одна її молекула з кожних 555 мільйонів молекул розпадається на йони. Ступінь електролітичної дисоціації води становить:

α(Н2О) ≈ 1,8 · 10-9

Обчислимо кількість речовини катіонів Гідрогену в 1 л чистої води. Для цього спочатку визначаємо кількість речовини води в 1 л (або в 1000 г) її:

Тепер скористаємося однією з формул для визначення ступеня дисоціації електроліту (§ 8):

Отже, в 1 л води міститься 10-7 моль йонів Н+. Інакше кажучи, молярна концентрація катіонів Гідрогену у воді становить 10-7 моль/л. Оскільки молекула води дисоціює на один йон Н+ і один йон ОН-, то молярна концентрація гідроксид-іонів також дорівнює 10-7 моль/л.

Молярну концентрацію позначають латинською літерою с.

Водневий показник. Якщо значення молярної концентрації катіонів Гідрогену записати так:

с(Н+) = 10-m моль/л,

то число m є водневим показником. Його скорочене позначення — рН (читається «пе-аш»).

рН(Н2О) = 7

Оскільки в чистій воді с(Н+) = 10-7 моль/л, то рН води дорівнює 7. Для води і будь-якого водного розчину з таким значенням рН використовують термін «нейтральне середовище».

У розчині кислоти міститься більше катіонів Гідрогену, ніж у воді, тобто с(Н+) > 10-7 моль/л. Значення молярної концентрації катіонів Н+ у розчинах кислот можуть становити, наприклад, 10-6; 10-4; 10-1 моль/л. Їм відповідають значення рН 6, 4, 1.

Розчини лугів містять менше катіонів Гідрогену, ніж чиста вода, але більше йонів ОН-. Можливими для цих розчинів є, наприклад, значення молярної концентрації йонів Н+ 10-8; 10-10; 10-13 моль/л. Відповідні значення рН: 8, 10, 13.

Отже, для розчинів кислот рН < 7, а для розчинів лугів рН > 7. Такі розчини характеризують, використовуючи терміни «кисле середовище», «лужне середовище».

Експериментальне визначення рН розчинів. У 7 і 8 класах ви виявляли в розчині кислоту або луг за допомогою індикаторів — лакмусу, фенолфталеїну, метилоранжу, а також універсальними індикаторними папірцями. На відміну від перших трьох індикаторів універсальний індикатор дає змогу визначити приблизне значення рН розчину (мал. 25).

Мал. 25. Універсальні індикаторні папірці зі шкалою рН на упаковці

• Яким має бути колір універсального індикаторного папірця в чистій воді? Якого забарвлення може набувати цей індикатор у розчинах кислот, лугів?

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 1

Виявлення йонів Гідрогену та гідроксид-іонів у розчині. Встановлення приблизного значення рН води, лужних і кислих розчинів за допомогою універсального індикатора

Вам видано штатив з пробірками, в яких містяться вода (водопровідна або дистильована), розбавлені хлоридна кислота і розчин натрій гідроксиду, а також розчини оцтової кислоти, господарського мила.

У вашому розпорядженні — універсальні індикаторні папірці, шкала рН, скляна паличка, склянка з водою, невеликі аркуші фільтрувального паперу.

Для встановлення значення рН кожної рідини занурте в неї скляну паличку і нанесіть за її допомогою краплю рідини на універсальний індикаторний папірець. Порівняйте забарвлення індикатора після дії на нього досліджуваної рідини з кольоровою шкалою рН і запишіть значення водневого показника цієї рідини.

Перед визначенням рН іншої рідини промийте скляну паличку водою і витріть її фільтрувальним папером.

Результати досліду запишіть у таблицю.

Рідина

Значення рН

Вода

Розчин натрій гідроксиду

...

У хімічних лабораторіях для вимірювання рН використовують прилади — рН-метри (мал. 26). Вони дають змогу визначити водневий показник із точністю до 0,01.

Мал. 26. рН-метр

• На яке середовище — кисле, лужне чи нейтральне — вказує значення рН на екрані приладу (мал. 26)?

Значення водневого показника для більшості розчинів, які трапляються в природі, менші за 7 або наближаються до цього числа (табл. 1).

Таблиця 1

Середні значення водневого показника для деяких рідин

Рідина

рН

Рідина

рН

Шлунковий сік

1,4

Сеча

6,4

Сік лимона

2,1

Слина

7,1

Сік яблук антонівка

2,5

Сльози

7,3

Томатний сік

4,1

Кров

7,4

Свіже молоко

6,5

Лімфа

7,4

Істотне відхилення значень рН деяких біологічних рідин в організмі людини від наведених у таблиці спричиняє захворювання або є його наслідком. Людям із підвищеною кислотністю шлункового соку рекомендують пити мінеральну воду з меншою концентрацією йонів Н+ (тобто з вищим рН), а людям зі зниженою кислотністю — «більш кислу» воду (з нижчим рН). Багато рідких косметичних засобів має рН = 5,5. Відповідний вміст у них катіонів Н+ є оптимальним для нашої шкіри.

На промислових підприємствах здійснюють контроль значень рН деяких харчових продуктів і косметичних засобів. Якщо, наприклад, свіже молоко має нижче значення водневого показника, ніж передбачено стандартом, його не відправляють у торговельну мережу, а використовують для виробництва кисломолочної продукції.

У сільському господарстві кислотність ґрунтового розчину є одним із важливих чинників, які впливають на врожай. Так, картопля найкраще росте на слабкокислих ґрунтах (рН ≈ 5), а буряк — на нейтральних (рН ≈ 7).

ВИСНОВКИ

Вода — дуже слабкий електроліт. Незначна частина її молекул дисоціює з утворенням катіонів Гідрогену і гідроксид-іонів. Концентрація кожного йона в чистій воді становить 10-7 моль/л.

Вміст йонів Н+ у воді та водних розчинах характеризують за допомогою водневого показника (рН). Значення рН чистої води становить 7, розчину кислоти — менше 7, а розчину лугу — більше 7.

Приблизні значення водневого показника розчинів визначають за допомогою універсального індикатора.

Природні розчини та біологічні рідини мають різні значення рН.

  • 64. Охарактеризуйте електролітичну дисоціацію води.
  • 65. Скільки йонів Н+ і йонів ОН- міститься в одній краплі води об'ємом 0,1 мл?
  • 66. Обчисліть масові частки йонів Н+ і ОН- у воді.
  • 67. Що таке водневий показник?
  • 68. Знайдіть відповідність.

1. Розчин натрій хлориду у воді

2. Розчин вуглекислого газу у воді

3. Водний розчин вапна

4. Оцет

A. Кількість йонів Н+ більша, ніж йонів ОН-

Б. Кількості йонів Н+ і ОН- однакові

B. Кількість йонів ОН- більша, ніж йонів Н+

а) рН > 7

б) рН < 7

в) pH = 7

  • 69. У якому з розчинів концентрація катіонів Гідрогену більша — з рН = 6 чи рН = 8? У скільки разів?
  • 70. Яку перевагу має універсальний індикатор порівняно з лакмусом чи метилоранжем при визначенні середовища водних розчинів?
  • 71. Чому рН чистої дощової води, зібраної над територією, де немає населених пунктів і промислових об'єктів, становить 5,6, а не 7,0?
  • 72. Розчин, у якому містилося 6 г натрій гідроксиду, змішали з розчином, який містив 6,3 г нітратної кислоти. Значення рН рідини, що утворилася:

а) більше 7;

б) менше 7;

в) дорівнює 7.

Укажіть правильну відповідь.