Аналитическая химия
Методическое пособие - Химия
Другие методички по предмету Химия
?ко применяют гидроксильный показатель рОН= -lg [ОН-]. Если уравнение ионного произведения воды [Н+][ОН-] = 10-14 прологарифмировать, а затем поменять у логарифмов знаки на обратные, то получим рН + рОН= рКН2О=14, где рКН2О= --lgКН2О=-lg10-14=14. Отсюда следует, что в любом водном растворе действительно соотношение рН= рКН2О - рОН = 14 - рОН (при 250 С).
Т. о., используя эти уравнения можно решать различные задачи: вычислять рН растворов кислот и оснований, вычислять концентрацию ионов Н+ и ОН- по известным значениям рН и обратно. При расчете водородного показателя среды водных растворов сильных кислот и оснований следует учитывать необратимость процесса их электролитической диссоциации (?=1). Концентрация ионов Н+ в растворах одноосновных сильных кислот и концентрация ионов ОН- в растворах одноосновных щелочей численно равна молярности растворов. Например, концентрация ионов Н+ в 0,001М растворе НС1 равна 0,001 моль/л, а концентрация ОН- в 0,01 М растворе NаОН равна 0,01 моль/л. Для успешного проведения качественных реакций в нужном направлении необходимо соблюдение определенных условий, в первую очередь, определенной величины рН исследуемого раствора. Если требуемая величина рН не соблюдается, как правило, реакция не идет в нужном направлении и всю работу приходится начинать с начала.
Так, например, катион магния отнесен к 1-ой группе катионов (по кислотно-основной схеме определения катионов) и его можно осадить из раствора, содержащего ион магния в виде гидроокиси, согласно уравнению Мg2++2ОН--->Мg(ОН)2. Однако эта реакция идет только при определенном значении рОН-10. При добавлении к раствору соли магния гидроокиси аммония осадок Мg(ОН)2 не выпадает даже при рН=9 или осаждение бывает неполным. Полное осаждение происходит при действии сильных оснований, а в присутствии солей аммония гидрат окиси магния Мg(ОН)2 остается в растворе. Поэтому магний относят к первой группе катионов.
Учитывая вышеизложенное, при проведении качественных реакций необходимо указывать не только характер среды: кислая либо щелочная, но и точное значение рН. Методы определения рН среды: колориметрический и потенциометрический. Наиболее точный потенциометрический метод, который осуществляется с помощью прибора потенциометра или иономера. Прибор необходимо предварительно подготовить и произвести настройку с помощью тест-стандартов или нормодоз, т. е. растворов с известным значением рН, измерение рН осуществляется с помощью электролитической ячейки и двух электродов. Колориметрический метод основан на применении реактивов, изменяющих свою окраску в зависимости от концентрации водородных ионов, которые называются индикаторами Это слабые органические кислоты или основания недиссоциированные молекулы которых имеют различную окраску, они называются кислотно-основными индикаторами. Лакмус, например, содержит азолитминовую кислоту недиссоциированные молекулы которой красного цвета, а анионы синего.
Добавление к раствору кислоты или щелочи изменяет рН раствора с чем и связано изменение окраски, рассматриваемых индикаторов. Важным условием соблюдение значений рН является при определении амфотерных катионов 4-ой группы. - lg [Н+]- -lg [ОН-]= lgКН2О = 14.
Для приблизительного определения рН среды в ходе качественного анализа чаще всего пользуются следующими индикаторами: метиловым оранжевым, метиловым красным, лакмусом, фенолфталеином, феноловым красным, малахитовым зеленым и др. К отдельным пробам испытуемого раствора добавляют по 1 - 2 капли раствора каждого индикатора. При этом нужно знать какую окраску имеет используемый индикатор в зависимости от рН среды. Например лакмус (или лакмусовая бумажка) краснеет в кислой среде при рН 10; начиная от рН 8,2 и меньше он бесцветен.
Универсальные индикаторы, например, ЗИВ-1, представляет собой сухую смесь из 5-и индикаторов: диметиламиназобензола, бромтимолового синего, метилового красного, фенолфталеина и тимолфталеина. Готовая смесь в ампулах, в количестве 0,16 г растворяется в 100 мл 80 %-го спирта. В зависимости от рН раствора универсальный индикатор приобретает окраску в соответствии со шкалой. Действие одноименных ионов. Степень электролитической диссоциации вещества зависит не только от его концентрации в растворе, но и от добавления в раствор других электролитов. Степень диссоциации слабого электролита можно понизить, добавляя в раствор сильный электролит, содержащий ион, одноименный с первым электролитом. Это явление объясняется с точки зрения закона действующих масс и константы равновесия реакции диссоциации. Предлагается самим студентам объяснить изменение степени диссоциации раствора уксусной кислоты при добавлении уксуснокислого аммония или натрия и раствора аммиака при добавлении раствора хлорида аммония. Т. о. степень диссоциации слабого электролита понижается при введении в раствор какого-нибудь сильного электролита содержащего одноименный ион.
Растворы, рН которых почти не изменяется от прибавления небольших объемов сильных кислот или щелочей, а также от разбавления называют буферными растворами или буферными смесями. Они представляют собой смеси электролитов, содержащие одноименные ионы. Например, ацетатный буферный раствор - это смесь уксусной кислоты и ацетата натрия, аммонийный буферный раствор - смесь гидрата окиси аммония и хлористого аммония. Ацетатная смесь проявляет свое буферное действи