Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Ионные равновесия в водных растворах

Таланов В. М., Житный Г. М.,

1.1.1. рН растворов слабых кислот и оснований

В водном растворе слабой кислоты устанавливается равновесие:

HF + H₂O D F^– + H₃O⁺,

в котором участвуют две кислотно-основные пары: HF/F^– и H₃O⁺/H₂O. Сила кислоты HF количественно характеризуется ее константой кислотности К_А:

 .

Чем больше численное значение константы кислотности, тем сильнее данная кислота и слабее сопряженное с ней основание. В общем случае константа кислотности может быть записана следующим образом:

(4)

где [A] и [B] - равновесные концентрации кислоты и сопряженного с ней основания.

Наиболее важной химической характеристикой водного раствора является его водородный показатель pH = - lg [H₃O⁺].

Если в водном растворе присутствует только рассматриваемая кислота A и ее сопряженное основание B, то, учитывая, что в состоянии равновесия [B]=[H₃O⁺], а также приняв, что равновесная концентрация [A] в первом приближении равна исходной концентрации этой кислоты, то есть [A] » C_A, имеем

.

Прологарифмируем это равенство и произведем алгебраические преобразования:

.

.

(5)

Когда имеем раствор основания B, то в нем устанавливается равновесие:

B + H₂O D A + OH^––,

характеризующееся константой основности

(6)

Чем больше численное значение константы основности, тем это основание сильнее и тем слабее сопряженная с ним кислота. В справочной литературе обычно приводятся только константы кислотности, но поскольку для любой сопряженной кислотно-основной пары произведение константы кислотности на константу основности есть величина постоянная, равная ионному произведению воды

,

то соотношение (6) можно записать следующим образом:

.

С учетом того, что [A] = [OH^–], а [B] » C_B, имеем:

.

откуда

.

Прологарифмировав это выражение и произведя соответствующие преобразования, получим:

.

.

.

.

(7)

Для расчета рН раствора слабой кислоты или слабого основания можно вывести и другое выражение, в которое не входит исходная концентрация С растворенного вещества. Для этого следует прологарифмировать выражение (4) и выразить рН раствора следующим образом:

.

.

(8)

Данное уравнение выведено, исходя из выражения константы кислотности (1), однако оно пригодно и для вычисления рН раствора основания В, сопряженного с кислотой А, в чем Вы можете убедиться, выведя его из выражения константы основности (6). В дальнейшем будем пользоваться только константами кислотности (К) и их показателями (рК).