3 лекция. Ерітіндінің иондық күші және ионның активтілігін есептеу әдістері.

1. Активтілік және активтілік коэффициент.

2. Ерітіндінің иондық күші.

3. Сутектік көрсеткіш және судың иондық көбейтіндісі. Қышқыл, негіз және тұз ерітінділердегі рН-ты есептеу.

4. Буферлі жүйелер және олардың анализдегі маңызы.
Күшті электролиттердің ерекшелігі суда түгелдей диссоциацияланады, сонда гидратталған иондар түзіледі. Күшті электролиттерге кристалдық күйінде иондардан тұратын көптеген тұздар (суда еритін), сілтілік және сілтілік – жер металдар гидроксидтері және мына қышқылдар (HCl,HBr,HJ,HNO₃,H₂SO₄, HClO₄) жатады. Алайда олардың ерітінділерінің электр өткізгіштігінің мөлшері, қату температурасының төмендеуі, қайнау температурасының жоғарылауы күшті электролит молекулалары түгелдей ионға айналмаған сияқты көрінеді.

Бұл жағдайды қазіргі күшті электролиттер туралы теория былай түсіндіреді: ерітіндідегі әрбір ион өзіне қарама-қарсы иондарды тартып, шоғырланып иондық атмосфера түзеді. Осы иондық атмосферадағы әрбір ион басқа шоғырға орталық болады. Сонда осы иондық атмосфера басқа иондардың ерітіндіде еркін қозғалуын тежеп, олардың электр өткізгіштігін төмендетеді, сондықтан күшті электролит толық диссоциацияға түспеген сияқты болады.

Күшті электролиттердің ерітінділерін сипаттау үшін, яғни иондардың ерітіндідегі күйін сипаттау үшін олардың иондарының актив концентрациясы α деген ұғым енгізіледі. Бұл шама ерітіндідегі иондардың бір-біріне әсерін есепке ала отырып, электр өткізгіштіктің, қату температурасының төмендеуі мен қайнау температурасының жоғарылауының дәл мәндерін береді. Актив концентрация – иондардың шартты концентрациясы, ол күшті электролиттің нағыз концентрациясына с тура пропорционал: α = ƒ× C, мұндағы ƒ – актив коэффициенті, ол ерітіндідегі барлық иондардың зарядына және табиғатына, ерітіндінің құрамына және концентрациясына тәуелді. ƒ мәні бірден кем, бірақ электролит концентрациясы азайған сайын, яғни ерітінді сұйытылған сайын бірге жуықтайды, егер С_м ≤ 0,5 моль/л болса, ион табиғаты ƒ мәніне аз әсер етеді. Сонда сұйық ерітінділерде ƒ мәні берілген еріткіште тек ион заряды мен ерітіндінің иондық күшіне (І) ғана тәуелді деуге болады, ол әр ионның концентрациясын зарядының квадратына көбейткендегі жарты қосындысына тең шама:

---

І = 0,5 (C₁ z²₁ + C₂z²₂ + … + C_nz²_n ) = 0,5 ∑ C_iz²_i

Сұйытылған ерітінділер үшін иондардың ƒ мәнін(олардың заряды мен ерітіндінің иондық күшіне байланысты) анықтамадан алады не жуық мәнін мына формула арқылы есептеуге болады: lg ƒ = - 0,5 z²√ I . Сонымен, ерітіндінің иондық күші иондар арасындағы электростатикалық әсерлесудің өлшемі болады: С – концентрация, моль/л; z² – зарядтар квадраты.

Құрамында көп зарядты иондары бар электролиттер – көп негізді қышқылдар, көп қышқылды негіздер – біртіндеп диссоциацияланады:

H₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^- ; H₂PO₄^2- ↔ H⁺ + HPO₄^2- ;

HPO₄^2- ↔ H⁺ + PO₄^3-, сонда әлсіз электролиттерде әр саты үшін диссоциация константасы болады.

Bе(OH)₂ ↔ BеOH⁺ + OH^- ; BеOH⁺ ↔ Bе²⁺ + OH^-

Тұздар бірден диссоциацияланады: Al₂(SO₄)₃ ↔ 2Al³⁺ + 3SO₄^2-; Қышқыл тұздар мен негіз тұздар да біртіндеп диссоциацияланады, бірақ екінші сатыда диссоциация дәрежесі өте аз, металл- мен сутек-, гидроксид- иондары жеке кездеспейді:

NaHSO₄ ↔ Na⁺ + HSO₄^- ; HSO₄^- ↔ H⁺ + SO₄^2-

MgOHCl ↔ MgOH⁺ + Cl^- ; MgOH⁺↔ Mg²⁺ + OH^-

1-мысал. 0,01М MgSO₄ және 0,01М MgCl₂ ерітінділер қоспасының иондық күші мен иондар активтілігін есептеу керек.

Шешуі: Ерітіндінің иондық күші

І = 0,5 (C_Mg²⁺ × 2² + C_Cl^- × 1²) = 0,5 (0,02 ×4 + 0,01×4 + 0,02) = 0,07.

Mg²⁺ және SO₄^2- иондарының активтілік коэффициенттерін мына формуламен табады:

lg ƒ = − 0,5z²√ I = − 0,5×4 √0,07 = − 0,53 = ‾1,47; ƒ = 0,30. Сол сияқты хлор ионының активті коэффициентін анықтайды:

lg ƒ =−0,5 z²√ I = − 0,5×1× √0,07 = − 0,13 = ‾1,87; ƒ = 0,74.

Енді мына формула бойынша a = ƒ × C_м әр ионның активтілігін анықтайды:

α_Mg²⁺ = 0,02×0,30 = 0,006 моль/л;

α_SO4^2- = 0,01×0,30 = 0,003 моль/л;

α_СІ^- = 0,02 ×0,74 = 0,0148 моль/л.

2-мысал. 0,02 моль 1л КСІ ерітіндісін 0,005М барий нитраты ерітіндісіне қосқанда оның иондық күші қанша болады?

Шешуі: Ba²⁺, NO₃^-, K⁺, CI^- иондарының сәйкесінше концентрациялары 0,005, 0,01 және 0,02моль/л, сонда ерітіндінің иондық күші:

---

I = 0,5 (0,005×2² + 0,01×1² + 0,02×1² + 0,02×1²) = 0,035.

Сутектік көрсеткіш және судың иондық көбейтіндісі. Қышқыл, негіз және тұз ерітінділердегі рН-ты есептеу.

Су әлсіз электролит, электр тоғын нашар өткізеді, тек аздап қана диссоциацияға түседі: 2Н₂О ↔ H₃О⁺ + OH^- не Н₂О ↔ H⁺ + OH^- деп жазады. Судың электр өткізгіштігін өлшеу арқылы сутек- және гидроксид- иондарының концентрациясы 10^-7моль/л екендігі анықталған. Тепе-теңдікке келген жүйе үшін әрекеттесуші массалар заңын пайдаланып, диссоциация константасын жазуға болады: К = [H⁺]× [OH^-]/[H₂O] = 1,8×10^-16 екендігі 22°С температурада анықталған. Судың диссоциациялануы өте нашар болғандықтан,

[H⁺]× [OH^-] = [H₂O]×1,8×10^-16 деп жазуға болады, себебі су концентрациясы өзгермейді деп қараса, осыдан [H⁺]×[OH^-] = К_су – судың иондық көбейтіндісі. Температура өзгермесе бұл шама К_су = [H⁺]×[OH^-] = 10^-7 × 10^-7, яғни 10^-14 болады не 1литр суда 1000:18 = 55,56моль болғандықтан:

[H⁺]×[OH^-] = [H₂O]×К = 55,56×1,8×10^-16 = 10^-14

Су – бейтарап зат. Сондықтан сутек және гидроксид иондарының концентрациялары бірдей, әрқайсысы 10^-7г-ион/л тең. Қышқыл ерітінділерде сутек иондары көбірек, сілтілік ерітінділерде гидроксид иондары көбірек; бірақ ерітіндіде қышқыл не сілті болсын бәрібір H⁺ және OH^- иондары концентрацияларының көбейтіндісі әрдайым тұрақты болады.

Егер, мысалы, таза суға қышқыл қосып сутек иондарының концентрациясын 10^-3моль/л дейін көтерсе, гидроксид иондарының концентрациясы кемиді, өйткені [H⁺][OH^-] көбейтіндісі 10^-14 өзгермейді. Демек, бұл ерітіндіде гидроксид иондарының концентрациясы

[OH^-] = 10^-14/10^-3 = 10^-11моль/л болады.

Керісінше, ерітіндіге сілті қосып гидроксид иондарының концентрациясын 10^-5 дейін көтерсе, онда сутек иондарының концентрациясы

[H⁺] = 10^-14/10^-5 = 10^-9 моль/л болады.

Сутектік, гидроксидтік көрсеткіш. Ерітіндінің қышқылдығын не сілтілігін жоғарыда қолданғандай теріс мәнді көрсеткіші бар сандармен жазғанда, жұмыс кезінде ыңғайсыз, қиындық туғызады, сондықтан оларды сутек иондарының, не гидроксид иондарының теріс таңбамен алынған ондық логарифмдерімен көрсетеді. Ол сутектік не гидроксидтік көрсеткіш

---

 деп аталып, рН, рОН арқылы белгіленеді:

рН = − lg [H⁺]; рОН = − lg [ОH^-].

Мысалы, егер [H⁺] = 10^-3моль/л болса, рН= 3; егер [H⁺] = 10^-10моль/л болса, онда рН = 10 т.с.с., осылай болғандықтан нейтрал (бейтарап) ерітіндіде рН = 7 болады, қышқыл ерітіндіде рН < 7, ал сілтілі ерітіндіде рН > 7.

Сонда рН + рОН = 14 болады.

Ерітіндінің рН-ын білу химиялық зерттеу жұмыстарында, әр түрлі өндірістік процестерде, тірі организмдерде жүретін құбылыстарды түсіндіруде өте керек. Көпшілік жағдайларда рН-тің дәл мәнін емес, ерітіндінің реакциясы (ортасы) қандай, қышқыл не сілтілік пе – соны сапалық түрде білу жеткілікті, ол үшін индикатор деп аталатын арнаулы реактивтерді қолданады. Сонда индикаторлар сутегі не гидроксид иондары концентрациясына байланысты түстерін өзгертеді. Жиі қолданылатын индикаторлар: фенолфталеин, лакмус, метилоранж, метилқызыл.

1-мысал. Егер сутегі иондарының концентрациясы 4×10^-3 моль/л болса, ерітінді рН қанша?

Шешуі: pH = − lg[H⁺] = −lg (4×10^-3)= lg‾3,60 = − (−3 + 0,60) = 2,40.

2-мысал. Егер ерітіндінің рН-ы 4,60 болса, ерітіндідегі сутегі иондарының концентрациясы қанша болады?

Шешуі: Мына формула бойынша pH = − lg[H⁺] = 4,60. Олай болса, lg[H⁺] = − 4,60 = lg‾5,40, одан [H⁺] = 2,5×10^-5моль/л.

3-мысал. Егер ерітіндінің рН-ы 10,80 болса, гидроксид-иондарының концентрациясы қанша болады?

Шешуі: Мына қатынастан рН + рОН = 14; pH = 14 – 10,80 = 3,20. Одан

− lg[ОH^-] = 3,20 немесе lg[ОH^-] = − 3,20 =lg‾4,80,

сонда [ОH^-] = 6,31×10^-4 моль/л.

---

Смотрите также файлы

• Огнестрельные повреждения.rtf

• Отдел мозга Особенности строения Функции.docx

• лфараби атындаЫ аза лтты университеті.docx

• Способ воздействия на аудиторию с целью пропаганды и популяризации. Для таких мероприятий характерно отсутствие четкой долгосрочной цели, самостоятельность и ограничение во времени.docx

• Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий Нормативы по пожарностроевой и тактикоспециальной подготовке для личного состава федеральной противопожарной службы.doc