Потенциалға ерітіндінің рН әсері

Бренстед Лоури теориясы тұрғысынан тұздар ерітінділеріндегі протолиттік тепе теңдіктер. Орта тұздар ерітінділерінің рН-ын есептеу формулалары.

Бренстед-Лоуридің протолиттік теориясы тұздардың гидролиз процессін қышқыл-негіздік тепе-теңдікпен түсіндіруге мүмкіндік береді. Тұздар гидролизі астында иондардың сумен алмаса әрекеттесуі болатыны белгілі, нәтижесінде ортаның рН мәні өзгереді.

Аниондар гидролизі келесідей теңдікпен сипатталады:

А₁ В₁

CH₃COO^- + H₂O ↔ CH₃COOH + ОН^-

В₂ А₂

K₁ = K = K_a1 / K_a2 = K_w / K_a2; рК₁ = 14 – рК_а

Гидролиз костантасы К₁ түйіскеннегіздердің CH₃COO^- негіздікконстантасықызметіндеатқарады.

Катиондарбойынща гидролиз келесітеңдікпенөрнектеледі:

В₂ А₂

[Fe(H₂O)₆]³⁺ + H₂O ↔ [Fe(H₂O)₅ (ОН)]²⁺ + H₃O⁺

А₁ В₁

K₁ = K = K_a1 / K_a2 = K_а1 =K_w / K_b2; рК₁ = рK_a = 14 – рК_b

Бұлжағдайда гидролиз константасы – бұлтүйіскенқышқылдардың [Fe(H₂O)₆]³⁺ қышқылдықконстантасы. 1.53-суретте көрсетілгендиограммасудыңдифференционалданатынаймағыішіндегіқышқыл мен негіздерүшінгидролиздіңығысуытуралықорытындышығаруғакөмектеседі. Қышқыләлсізболғансайынаниондаргидролизікүштірек, ал негізәлсізболғансайынкатиондаргидролизікүштірек бола түседі. Гидролиз тепе-теңдігікөбінесесолғабағытталған К_г˂˂1. Гидрлизді рН ерітіндініңөзгеруіарқылыесептеугедеболады.

Мысалы, натрий ацетаты ерітіндісінің рН есептеуүшін гидролиз константасықолданылады:

Тұздардыңконцентрациясын Сесептесек:

[ОН^-]^2- = (C^-[OH^-]) * (K_w/K_a), ал [OH^-] ˂˂ C

2pOH = -lgC + 14-pK_a немесеpH = 14 –рOH = 7 + 1/2pK_a + 1/2lgC

Онда 0,01 М ерітіндіүшін NaCH₃COO рН=7+2,38-1=8,38.

Гидролиз сұйылтқанда, қыздырғанданемесебайланыстыратыниондары (OH^- немесе H₃O⁺) бар заттарқосқандакүшейеді. Алюминий хлоридіжәне натрий карбонаты ерітінділеріәрекеттескендегидролиздіңбірлескенкұшеюіпайдаболадыжәне реакция соңынадейінжүреді:

8. Тотығу тотықсыздану потенциалға әсер ететін факторлар(температура, иондық күш, концентрация, рН). Формалды потенциал.Тотығу-тотықсыздану потенциалға тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш иондарының концентрациялары әсер етеді: Нернст теңдеуінен потенциал [Ox]/]Red] қатынасына тәуелді екенін көруге болады, сондықтан концентрациялардың қатынастарын өзгерту арқылы потенциалды өзгертуге болады. Мысалы:

Ерітіндінің иондық күшінің әсері.

Иондық күштің өзгеруі иондардың активтік коэффициентін өзгертеді. Сондықтан Нернст теңдеуіне стандарт потенциалы орнына формалды потенциал шамасы койылады. Мысалы:

Е⁰¹ – формалды потенциал, ол иондық күшкежәне бөгде электролиттер концентрацияларына тәуелді.

Потенциалға ерітіндінің рН әсері.

1) Көптеген сулы ерітінділерде өтетін тотығу-тотықсыздану реакцияларына сутек-иондары қатысады. Осындай жүйелердің потенциалдыры ерітіндінің рН-на тәуелді болады:

2) Ерітіндінің рН-нің өзгеруі жүйенің потенциалының өзгеруіне әкеледі, және рН мәніне сәйкес әртүрлі заттар түзілуіне себеп болады. Мысалы:

рН˂˂7

рН=7

pH˃7

Ерітіндінің рН-ның өзгеруі тотығу-тотықсыздану реакцияның бағытын да өзгерте алады.

3) Потенциалға жүйеде комплексті қосылыс түзілуінің әсері.

Тотығу-тотықсыздану жұбының компоненттері қосымша комплекстүзу реакциясына қатысуы потенциалға өте үлкен әсер етеді. Себебі, жүйеде комплекс түзетін заттың активтігі азаяды. Мысалы,

Осы жүйеге KCN ерітіндісін қосқан кезде, күміс иондары цианидты комплекс түзеді:

Осыдан бос күйдегі күміс иондарының концентрациясы азайғанын көруге болады. Осы шаманы Нернст теңдеуіне қойып, келесі тәуелділікті аламыз

Егер [Ag(CN)₂^-] =[CN^-] = 1 болса

1) Алдында қарастырылған Ag⁺/Ag жұбына NaCl ерітіндісі қосылатын болса, онда

Cол себептен күміс иондарының концентрациясы кемиді, және осы шаманы Нернст теңдеуіне қойсақ, потенциалдың өзгеретінің көруге болады:

9. Тт-тсзд потенциалына рН әсері, рН арқылы Тт-тсзд реакциялардың бағытын өзгерту жолдары. 1) Көптеген сулы ерітінділерде өтетін тотығу-тотықсыздану реакцияларына сутек-иондары қатысады. Осындай жүйелердің потенциалдыры ерітіндінің рН-на тәуелді болады:

2) Ерітіндінің рН-нің өзгеруі жүйенің потенциалының өзгеруіне әкеледі, және рН мәніне сәйкес әртүрлі заттар түзілуіне себеп болады. Мысалы:

рН˂˂7

рН=7

pH˃7

Ерітіндінің рН-ның өзгеруі тотығу-тотықсыздану реакцияның бағытын да өзгерте алады.Тотығу-тотықсыздану реакциялардың бағытын анықтау

Тотығу-тотықсыздану реакциялардың бағытын электр қозғауыш күшінен және тепе-теңдік константасынан анықтауға болады. Егер ЭҚК ˃0 болса, реакция тура бағытты жүреді, ал егер ЭҚК ˂0 – кері реакция жүреді.

Мысалы,

Мыс ионы – тотықтырғыш, темір – тотықсыздандырғыш.

Э.Қ.К. = E_Ox- E_Red= 0.34 – (-0.44) = 0.78 B ˃0

Тотығу-тотықсыздану реакциясында тепе-теңдік орналғанда екі жұптың потенциал шамалары теңеседі

тепе-теңдік жағдайда

Мұнда n – толық тотығу-тотықсыздану реакцияға қатысатын жалпы электрон саны.

Электр қозғауыш күшінен тек реакцияның бағытын анықтауға болса, ал тепе-теңдік константаның шамасы тотығу-тотықсыздану реакцияның бағытын және тереңдігін көрсетеді:

К_т-т⁰ ˃1 – реакция тура бағытта жүреді

К_т-т⁰ ≥ 10⁸ – реакция аяғына дейін жүреді

Мысалы:

Сондықтан реакция аяғына дейін оң жаққа қарай жүреді.

Протолиттік тепе теңдіктер. Күшті және әлсіз қышқылдар мен негіздердің рНтары, Ка және Кв константалардың өзара байланыстарын көрсететін өрнек.

Күшті қышқылдар мен негіздер күшті электролиттерге жатады және толық протолизденеді. Сондықтан

[H₃O⁺] = C_HA

[OH^-] = C_B

Мысалы, 0,01 моль/л HCl ерітіндісінде

[H₃O⁺] = C_HCl = 10^-2; pH = -lg10^-2 = 2

0,01 моль/л NaOH ерітіндісінде

[OH^-] = C_NaOH= 10^-2 ;pOH = -lg10^-2 = 2 ; pH = pK_W – pOH = 14 – 2 = 12

Әлсіз қышқылдар мен әлсіз негіздер сумен қайтымды протолиттік реакцияға қатысады

HA + H₂O ↔ H₃O⁺ + A^-және термодинамикалық тепе-теңдік константасымен сипатталады

K_a – қышқылдық иондану константасы (немесе протолиздену), ол қышқылдың протондану қабілетін көрсетеді.

Әлсіз қышқылдардың протолиздену реакциясының тепе-теңдігі оңнан солға қарай ығысқан, сондықтан қышқылдың аз мөлшері гидроксоний ионына айналады да

[HA] = C_HA

деп алуға болады (егер дисcоциациялану дәрежесі α < 0,03). Сонымен қатар константа теңдігінен көрініп тұрғандай

a_H3O =a_A^- яғни [H₃O⁺] = [A^-]

Осыдан [H₃O⁺ ] = √Ka^.C_HA

pH = -lg[H₃O⁺] = - ½ lgK_a - ½ lgC_HA = ½ pK_a – ½ lgC_HA

Сол сияқты әлсіз негіздер үшін де ұқсас жағдайлардаB + H₂O = BH⁺ + OH^-

K_b =