Файл: Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник.pdf

нию с числителем и практически может быть принята постоянной:

§5. Активная реакция среды

Вчистой воде, как видно из уравнения (4), концентрации [Н+] и [ О Н - ] равны между собой, следо­ вательно:

Расчеты степени кислотности среды значительно уп­ рощаются, если вместо абсолютной концентрации ионов водорода воспользоваться отрицательным логарифмом этой величины. Этот показатель концентрации ионов во­ дорода получил название рН:

символизирует нейтральную реакцию среды. При значе­

13

литами. Будучи растворенными в растворителе с высо­ кой диэлектрической постоянной (например, в воде), они способны проводить электрический ток. Это свойство объясняется тем, что указанные соединения диссоцииру­ ют в растворе на ионы.

Различают сильные и слабые электролиты. Сильными называют электролиты, которые при больших концент­ рациях обладают значительной электропроводностью, причем при разбавлении она возрастает незначительно. Слабыми называют электролиты, у которых при боль­ ших концентрациях электропроводность незначительна, но сильно увеличивается при разбавлении.

Сильные электролиты диссоциированы в растворах практически полностью.,К этой группе соединений отно­

вещества, а только ионы, простые или гидратированные (т. е. соединенные с молекулами воды).

В водных растворах слабых электролитов наряду с ионами присутствуют и недиссоциированные молеку­ лы. Количественно соотношение диссоциированных п и недиссоциированных т молекул выражается числом, ко­ торое называется степенью электролитической диссоци­ ации а:

Для сильных электролитов а = 1 , для слабых а < 1 . Экспериментально установлено и теоретически подт­ верждено, что а слабых электролитов возрастает с уве­

личением разбавления.

Заметное влияние на степень диссоциации слабого электролита оказывает присутствие в растворе сильной кислоты или основания. Прибавление сильной кислоты к раствору слабой кислоты приводит к понижению сте­ пени электролитической диссоциации слабого электро-

14

лита. Аналогично действует сильное основание на диссо­ циацию слабого основания.

или щелочи очень мало изменяют величину рН. Подоб­ ными свойствами обладают биили поликомпонентные растворы, составленные из смеси слабых кислот и их со­ лей или из смеси слабых оснований и их солей.

В водных растворах слабых кислот и их солей (а также слабых оснований и их солей) концентрации ио­

чески не зависит от разбавления смеси. Чтобы убедить­ ся в справедливости этого утверждения, воспользуемся следующими рассуждениями.

Если к раствору слабой кислоты НАп (Ал — анион) прибавлять мадами порциями ее соль KtAn (Kt — кати­ он), то концентрация ионов водорода будет постепенно изменяться и можно получить растворы с различными значениями рН. Вычислим [Н+] в такой смеси.

При добавлении к этой кислоте сильного электроли­ та KtAn концентрация [ A n - ] увеличится за счет ионов, образующихся при диссоциации KtAn. Так как сильный электролит диссоциирует практически полностью, то концентрация его аниона может быть приравнена к кон­ центрации соли, т. е.

•15

Решаем уравнение (11) относительно [Н+], исполь­ зуя выражения (14) и (15):

поскольку при разбавлении в одинаковое число раз по­ нижается и концентрация кислоты и концентрация соли. Из уравнения (17) следует также, что в указанных сме­ сях концентрация [Н+] зависит от константы электроли­ тической диссоциации кислоты и соотношения концент­ раций кислоты и ее соли.

Совершенно аналогичными свойствами обладают бу­ ферные растворы слабого основания и его соли. Для такой смеси справедливо уравнение

16

После добавления NaOH имеем

Практически можно принять, что результаты совпадают и ощу­ тимого изменения реакции среды не произойдет.

Пример 2. Оценим изменение рН исходного раствора, если коли­

грамм-эквивалентов А кислоты или основания, необхо­ димое для смещения рН I л буферного раствора на од­

рН, но снижает буферную емкость; буферное действие прекращается, когда один из компонентов израсходован примерно на 90%.

Буферные растворы играют большую роль в биоло­ гии. В частности, водные системы в сооружениях биоло­ гической очистки сточных вод обладают буферными свойствами, что позволяет микроорганизмам находиться в условиях оптимальных для них значений рН. Буфер­ ные свойства обусловлены содержанием в системах ацетатных, фосфорных и карбонатных соединений, а

~~ 1Г/и->:,Ч;>а;-. )