Судың иондық көбейтіндісі. Сутектік көрсеткіш. Химия, 11 сынып, дидактикалық материал.

 Қосымша 1

 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

 K_су константасы - судың иондық көбейтіндісі, протон мен гидроксид ионның концентрацияларының көбейтіндісіне тең. Ол тек таза суға ғана тұрақты емес, басқа да суда сұйытылған ерітінділерге де қатысты. Температура артқан сайын судың диссоциациясы артады, сәйкесінше, Kсу артады, температура азайғанда керісінше болады.

Кесте. Судың иондық көбейтіндісінің температураға қатысты өзгеруі.

 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.

 Қосымша 2

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

Шешуі: pH = − lg[H⁺] = −lg (4×10^-3)= ‾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 = ‾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 =‾4,80, сонда [ОH^-] = 6,31×10^-4 моль/л.

4-мысал. 18°C температурада Mg(OH)₂ ерігіштігі 1,7×10^-4моль/л, осы гидроксидтің ерігіштік көбейтіндісін есептеу керек.

Шешуі: Mg(OH)₂ ерігенде оның әр молінен ерітіндіге 1 моль магний ионы және екі есе көп ОH^- өтеді, олай болса, Mg(OH)₂ қанық ерітіндісінде

[ОH^-] = 3,4×10^-4 моль/л, [Mg²⁺] = 1,7×10^-4 моль/л болады. Одан,

ЕК _Mg(OH)2 = [Mg²⁺]∙[ОH^-]² = 1,7×10^-4 × (3,4×10^-4)² = 1,96× 10^-11