ТАБИҒАТЫ ӘРТҮРЛІ СУЛЫ ЕРІТІНДІЛЕРДІҢ СУТЕКТІК КӨРСЕТКІШТЕРІН (PH) АНЫҚТАУДЫҢ ЗАҢДЫЛЫҚТАРЫ МЕН ӘДІС – ТӘСІЛДЕРІ

​ЗАКОНОМЕРНОСТИ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ (PH) ВОДНЫХ РАСТВОРОВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ

Бархат Гулнур Орынханқызы

магистрант 2 курса специальности «7M01518-Химия», Казахский национальный педагогический университет им. Абая,

Казахстан, г. Алматы

Дюсебаев Ханат Алимжанович

научный руководитель, канд. хим. наук, Казахский национальный педагогический университет им. Абая,

Казахстан, г. Алматы

АҢДАТПА

Су – табиғаттағы ең көп тараған заттардың бірі. Көптеген тірі ағзалардың құрамындағы судың массалық үлесі 70% жоғары болады. Судың табиғатының ерекше болуы, оның молекулаларының бір-бірімен және судағы еріген заттардың молекулаларымен сутектік байланыс түзе алатын қабілетінде. Судың басқа сұйықтармен салыстырғанда балқу, қайнау және булану температураларының жоғары болуы да, су молекулаларының арасындағы сутектік байланыстың түзілуіне байланысты. Ерітіндінің қышқылдығын немесе сілтілігін жоғарыда қолданылғандай теріс мәнді көрсеткіші бар сандармен жазу, жұмыс кезінде қиындық туғызады, сондықтан оған басқа  ыңғайлырақ әдісті қолданады:сутек иондарының нақты концентрациясының орнына ,оның теріс таңбамен алынған ондық логарифм көрсетеді.Ол сутектік көрсеткіш деп аталып, РН арқылы белгіленеді: рН = -Ig[Н+].

АННОТАЦИЯ

Вода-одно из самых распространенных веществ в природе. Массовая доля воды в составе большинства живых организмов будет выше 70%. Уникальность природы воды заключается в способности ее молекул образовывать водородные связи друг с другом и с молекулами растворенных веществ в воде. Высокая температура плавления, кипения и испарения воды по сравнению с другими жидкостями также связана с образованием водородных связей между молекулами воды. Запись кислотности или щелочности раствора цифрами с отрицательным показателем, как было использовано выше, вызывает трудности при работе и поэтому использует другой более удобный метод:вместо фактической концентрации ионов водорода его десятичный логарифм ,полученный отрицательным знаком, указывает.Он называется водородным показателем и обозначается pH: pH = -Ig[H+].

Кілт сөздер: судың иондық көбейтіндісі, pH шкаласы, диссоциациялану, бейтарап ерітінділер, сутектік байланыс.

Ключевые слова: ионное произведение воды, шкала pH, диссоциация, нейтральные растворы, водородные связи.

Кіріспе

Су өте нашар электролит, судың 25^oC температурасында 10⁹ тең молекуласының бар болғаны екеуі ғана иондарға ыдырайды. Су молекуласының диссоциациялану теңдеуі:

H₂O  H⁺ + OH⁻

Су молекуласының диссоциациялануы қайтымды реакция, яғни бұл процестің тепе- теңдік константасы төмендегідей теңдеумен өрнектеледі:

Негізгі бөлім

Судың 25^oC температурадағы молярлығы 55,5 M (бұл сандық мән, көлемі 1,0 л судың массасын (граммен) оның молярлық массасына бөлу арқылы алынған: (1000 г/л)/(18,015 г/моль) = 55,5 моль/л). Таза судағы, диссоциация барысында түзілген H⁺  және OH⁻ иондарының молярлық концентрациялары өте аз, яғни 1,0 10^-7 M болғандықтан, cудың бастапқы молярлығы 55,5 М мәні тұрақты, өзгермейді деп қабылданған.

55,5 M  [H⁺][OH⁻] =

 - 25^oC температурадағы судың иондық көбейтіндісі деп аталады. 25^oC температурадағы таза судың электрөткізгіштігі арқылы анықталған, судың  тепе-теңдік константасының ( сандық мәні 1,8  10^-16 тең. Осы тәжірибе арқылы табылған тепе-теңдік константасының сандық мәнін, теңдеудегі орнына қойып, судың иондық көбейтіндісінің сандық мәнін есептеуге болады:

 = [H⁺][OH⁻] = (55,5 M)(1,8  10⁻¹⁶ M) = 1,0 10⁻¹⁴ M²

яғни, 25^oC температурадағы сулы ерітінділерде [H⁺]  [OH⁻] көбейтіндісі әрқашанда  1,0 10⁻¹⁴ M² тең.

Таза судағы су молекулаларының диссоциациялануы барысында түзілген H⁺ және OH⁻ иондарының концентрациялары [H⁺] = [OH⁻] әрқашанда бір-біріне тең. Мұндай ерітінділер бейтарап ерітінділер деп аталады.

Судың иондық көбейтіндісінің мәнін пайдаланып, бейтарап ерітіндідегі H⁺ және OH⁻ иондарының концентрацияларын есептеуге болады:

 = [H⁺][ OH⁻] = [H⁺]² = [OH⁻]²

[H⁺] = () ^1/2 = (1,0 10⁻¹⁴ M²)^1/2

[H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M

Cуда қандай заттардың ерітінділері болмасын, осы ерітінділердегі судың иондық көбейтіндісінің мәні әрқашан тұрақты.  Сондықтан да, ерітіндідегі H⁺ ионының концентрациясы 1,0 10^-7 M мәнінен жоғары болса, онда сол ерітіндідегі OH⁻ ионының концентрациясы 1,0 10^-7 M мәнінен төмен болады, немесе керісінше.

Есептеу жұмыстарын жүргізу барысында, H⁺ ионының концентрациясының орнына, олардың pH сутектік көрсеткіштерінің мәндерін қолданған ыңғайлы.

Ерітіндінің рН − бұл ерітіндідегі сутек ионының молярлық концентрация– сының теріс мәнмен алынған ондық логарифміне тең шама.

pH =  –  lg[H⁺]

Егер судың иондық көбейтіндісінің теңдеуінің екі жағынан да, теріс мәнді ондық логарифм алсақ:

– lg =  –  lg([H⁺][ OH⁻])

– lg[H⁺] + (–  lg[OH⁻]) =  –  lg(1,0 10⁻¹⁴)

pH + pOH = 14

pH шкаласы, судың иондық көбейтіндісінің негізінде жасалған. Кез-келген сулы  ерітінділердегі 1,0 M H⁺ пен 1,0 M OH⁻ концентрациялары аралығында, сутек  H⁺ пен гидроксил OH⁻ иондарының концентрацияларын, ерітіндінің сутектік көрсеткіштері pH арқылы өрнектеген тиімді. Ерітіндінің pH сутектік көрсеткіші, 1,0 M H⁺ пен 1,0 M OH⁻ концентрациялары аралығында ғана қолданылатын ұғым. Себебі, бұл аралықтан шығып кеткен жағдайда, ерітіндінің pH сутектік көрсеткіші теріс  мәнге  ие болады.  Егер 25^oC температурада ерітіндінің сутектік көрсеткші рН = 7 болса, онда ерітінді бейтарап, ал рН < 7 ерітінді қышқыл, ал рН > 7 ерітінді сілтілі болады. Ерітіндінің рН-ы мен [H⁺], [OH⁻] иондары концентрацияларының арасындағы сәйкестік төмендегі кестеде келтірілген:

Кесте 1.

Иондары концентрацияларының арасындағы сәйкестік.

Күшті қышқылдар мен күшті негіздердің сулы ерітінділерінің рН сутектік көрсеткіштері

Қышқыл мен негіздерді суда еріткенде, олардың молекулаларының иондану дәрежелеріне байланысты, бұл қосылыстар күшті және әлсіз болып екі топқа бөлінеді. Күшті қышқылдар мен негіздердің молекулалары суда толық иондарға ыдырайтын қосылыстар. Күшті қышқылдар: күкірт, азот, хлорсутек, бромсутек және йодсутек қышқылдары. Ал күшті негіздерге сілтілік және сілтілікжер металл негіздерін жатқызуға болады.

Сонымен, судың иондық көбейтіндісінің сандық мәнін пайдаланып, ерітіндіде OH⁻ ионының концентрациясы белгілі болса, онда сол ерітіндідегі H⁺ ионының концентрациясын есептеп табуға болады, немесе керісінше.

Мысалы: Молярлық концентрациясы 0,1 M NaOH ерітіндісіндегі H⁺ ионының концентрациясы неге тең?

Шешуі: Судың иондық көбейтіндісінің теңдеуі:    = [H⁺][OH⁻]

[H⁺] =  / [OH⁻] = (1,0 10⁻¹⁴ M²) / 0,1 M = 10⁻¹³ M

Ал, бұл ерітіндінің pH сутектік көрсеткіші:    pH = – lg[H⁺] = – lg[10⁻¹³] = 13,0

Мысалы: Сулы ерітіндідегі H⁺ ионының концентрациясы 1,3 10⁻⁴ M болса, сол ерітіндідегі OH⁻ ионының концентрациясы [OH⁻] неге тең болады?

Шешуі: Судың иондық көбейтіндісінің теңдеуі:     = [H⁺][OH⁻]

[OH⁻] =  / [H⁺] = (1,0 10⁻¹⁴ M²) / 0,00013 M = 7,7 10⁻¹¹ M

Бұл ерітіндінің pOH көрсеткіші:      pOH = – lg[OH⁻] = – lg[7,7 10⁻¹¹] = 10,1

Ал енді, осы ерітіндінің сутектік көрсеткіші:    pH = 14  –  pOH = 14  – 10,1 = 3,9

Мысалы: Молярлық концентрациясы 0,005 моль/л H₂SO₄ қышқыл ерітіндіcінің рН сутектік көрсеткіші неге тең?

Шешуі: Күкірт қышқылы молекуласының диссоциациялану теңдеуі:

H₂SO₄  2Н⁺ + SO₄²⁻

Күкірт қышқылы күшті қышқыл болғандықтан, қышқыл суда еріген кезде, оның молекулалары иондарға толық ыдырап, мөлшері екі есе көп сутек катионын түзеді. Күшті қышқыл ерітінділерінің сутектік көрсеткішін анықтайтын формуланы қолданып, осы қышқыл ерітіндісінің  рН мәнін есептейміз.

pH = – lg[H⁺] = – lg[2 0,005] = 2,0

Тақырыпқа арналған тапсырмалар (жауаптары) 1) Неліктен этанмен (CH₃ – CH₃) салыстырғанда, этанол (CH₃ – CH₂ – OH) суда жақсы ериді?

2) Ерітіндідегі сутек катионының H⁺ (протон) молярлық концентрациялары төмендегідей болғанда, сол ерітінділердің рН сутектік көрсеткіштері неге тең болады?: a) 1,75 10^–5 моль/л (4,76); б) 6,50 10^–10 моль/л (9,19); в) 1,0  10^–4 моль/л (4,0); г) 1,50 10^–5 моль/л (4,82)

3) Ерітіндінің рН сутектік көрсеткіштері төмендегідей болғанда, сол ерітінділердегі сутек катионының молярлық концентрациялары неге тең болады?

а) 3,82 (1,51 10^–4 M); б) 6,52 (3,02 10^–7 M); в) 11,11 (7,76 10^–12 M)

4) Тұз қышқылының диссоциация реакциясының теңдеуін жазыңыз. Концентрациясы 5,0 10^–4 M HCl ерітіндісінің рН сутектік көрсеткіші неге тең?

5) Натрий гидроксидінің диссоциация реакциясының теңдеуін жазыңыз. Концентрациясы 7,0 10^–5 M NaOH ерітіндісінің рН көрсеткіші неге тең? (9,8)

6) Асқазан сөлінің  10 мл көлемін, концентрациясы 0,1 M NaOH ерітіндісімен титрлегенде, сілтінің 7,2 мл көлемі жұмсалған. Асқазан сөлінің рН сутектік көрсеткішінің сандық мәні неге тең? (1,1)

7) Молярлық концентрациясы 2,5 M, көлемі 3,0 мл HCl ерітіндісін 100 мл дейін сұйылтқанда, сол ерітіндінің рН мәні неге тең болады? (1,1).

Әлсіз қышқылдар мен әлсіз негіздердің сулы ерітінділерінің рН сутектік көрсеткіштері

Әлсіз қышқыл мен негіздің рН мәнін есептеу үшін, осы заттардың ерітіндідегі концентрациясы мен диссоциациялану константалары белгілі болу керек. Керісінше, егер осы қосылыстардың ерітіндісінің рН сутектік көрсеткішінің мәні белгілі болса, онда бұл әлсіз электролиттердің диссоциациялану константаларын анықтауға да болады.

Әлсіз қышқыл ерітінділерінің сутектік көрсеткіштерінің мәні қандай формуламен анықталатынын, сірке қышқылын мысалға ала отырып, қорытуға болады:

CH₃COOH  CH₃COO⁻  +  H⁺;                      K_Д =

мұндағы CH₃COO⁻, H⁺ иондарының ерітіндідегі молярлық концентрациялары, диссоциация теңдеуі бойынша тең болғандықтан, жоғарыдағы теңдік төмендегідей күйде жазылады:

[H⁺]² = K_Д ∙ [CH₃COOH]

Cірке қышқылы әлсіз қышқыл болғандықтан, оның тепе-теңдік күйдегі концентрациясын [CH₃COOH], оның бастапқы концентрациясына с_o тең деп қабылдауға болады.

[H⁺]² = K_Д ∙ с_o(қыш.)

Бұл теңдіктің екі жағынан да квадрат түбір ала отырып, сонан соң теріс мәнді ондық логарифмдесек:

;         [H⁺] = K_Д^1/2 ∙ с_o^1/2

− lg [H⁺] = − lg(K_Д^1/2 ∙ с_o^1/2);           pH = ∙ pK_Д (қыш.) − ∙ lg с_o (қыш.)

Осы қорытылып табылған теңдеу, әлсіз қышқыл ерітінділерінің рН сутектік көрсеткіштерін анықтайтын теңдеу болып табылады.

Мысалы. Ерітіндідегі молярлық концентрациясы 1,0 ∙ 10⁻² моль ∙ дм⁻³, К_Д = 1,51 ∙ 10⁻⁵ моль ∙ дм⁻³ май қышқылы ерітіндісінің рН сутектік көрсеткіші неге тең?

Шешуі: Май қышқылының диссоциациялану және константасының теңдеулері:

C₃H₇CO₂H  C₃H₇CO₂⁻ +  H⁺;           К_Д = [H⁺] [C₃H₇CO₂⁻] / [C₃H₇CO₂H]

Қышқылдың иондарға ыдырау теңдеуінен [H⁺] және [C₃H₇CO₂⁻] концентрацияларының өзара тең екенін анықтаймыз. Бұл май қышқылының иондану дәрежесі өте аз болғандықтан, тепе − теңдік орнаған кездегі, яғни теңдеудегі [C₃H₇CO₂H] концентрациясын оның бастапқы  1,0 ∙ 10⁻² моль ∙ дм⁻³ концентрациясына тең деп алуға болады. Олай болса, теңдік төмендегідей күйде жазылады:

[H⁺]² = К_Д ∙ [C₃H₇CO₂H] = (1,51∙10⁻⁵) ∙ (1,0 ∙ 10⁻²); [H⁺] = 3,89 ∙ 10⁻⁴ моль ∙ дм⁻³;

рН = – lg [H⁺] = − lg (3,89 ∙ 10⁻⁴) = 3,42.

[C₃H₇CO₂H] = 1,0 ∙ 10⁻² моль ∙ дм⁻³ деп алғанымыз қаншалықты дұрыс екендігін тексерсеру үшін, есептеп табылған [H⁺] = 3,89 ∙ 10⁻⁴ мәнін пайдаланып, тепе − теңдік орнаған кездегі [C₃H₇CO₂H] концентрациясын анықтасақ:

[C₃H₇CO₂H] = ( 1,0 ∙ 10⁻² ) − ( 3,89 ∙ 10⁻⁴ ) = 0,96 ∙ 10⁻² моль ∙ дм⁻³.

Осы анықталған тепе − теңдік жағдайындағы май қышқылының концентрациясын  К_Д – ны анықтайтын теңдеуге қойып, сутек катионының концентрациясын анықтау арқылы, ерітіндінің сутектік көрсеткішінің мәнін қайта есептегенде де, сол бастапқы 3,42 тең болады. Олай болса, бастапқыдағы әлсіз электролиттердің диссоциациялану дәрежесіне байланысты қышқылдың бастапқы және тепе – теңдіктегі концентрациялары бірдей деп алғанымыз қате болмайды. Басқа да көптеген әлсіз электролиттер үшін де осындай шарт қабылдауға болады.

Ал әлсіз негіз ерітінділерінің сутектік көрсеткіштері, мысалы NH₄OH  ерітіндісінің рН мәні жоғарыдағыдай жолмен қорытылғанда, мына формула алынады:

pH =14 − ∙ pK_Д (нег.) + ∙ lg с_o (нег.)

Мысалы.  25^oC  температурада  ерітіндідегі молярлық концентрациясы 1,0 ∙ 10⁻² моль ∙ дм⁻³ диметиламиннің ерітіндісінің сутектік көрсеткіші 7,64 тең. Осы негіздің диссоциациялану константасы неге тең?

Шешуі: Бұл негіздің диссоциациялану реакциясының теңдеуі:

(CH₃ )₂NH + H₂O  (CH₃ )₂NH₂⁺ + OH^–.

Негіздің диссоциациялану константасының теңдеуі:

К_Д = [( CH₃ )₂NH₂⁺] [OH⁻] / [(CH₃)₂NH] = [OH⁻]² / ( 1,0 ∙ 10⁻² ).

Бұдан: рН = 7,64; pOH = 14 – 7,64 = 6,36  ( 25^oC );

[OH⁻] = antilg ( – 6,36  ) = 4,37 ∙ 10⁻⁷ моль ∙ дм⁻³;

К_Д = ( 4,37 ∙ 10⁻⁷ )² / ( 1,0 ∙ 10⁻² ) = 1,91 ∙ 10⁻¹¹ моль ∙ дм⁻³.

Тақырыпқа арналған тапсырмалар (жауаптары) 1) Концентрациялары белгілі, төмендегі қышқылдардың: 0,1 M HCl; 0,1 M сірке қышқылы (pK_a = 4,76); 0,1 M құмырсқа қышқылы (pK_a = 3,75) сулы ерітінділерінің қайсысының рН көрсеткіші ең төмен? (0,1 M HCl)

2) 25^oC температурадағы сұйық, таза сірке қышқылының (Mr = 60) тығыздығы 1,049 г/мл. Осы қышқылдан, асханада қолданылатын, көлемі 1,0 л, рН көрсеткіші 3,0 тең сіркесуының ерітіндісін дайындау үшін, бастапқы таза сірке қышқылының (pK_a = 4,76) қандай көлемін сумен араластыру керек? (3,3 мл)

3) Концентрациясы 0,05 М HCOOH құмырсқа қышқылының (К_а = 1,8 ∙ 10⁻⁴) сулы ерітіндісіндегі формиат–ионының HCOO⁻ концентрациясы неге тең? (3,0 ∙ 10⁻³ моль/л)

4) Көлемі 1,0 л ерітіндідегі, ерітілген H₃BO₃ ортобор қышқылының (K₁ = 7,1∙ 10⁻¹⁰) массасы 3,0 г. Осы сулы ерітіндінің рН сутектік көрсеткіші неге тең? Қышқылдың екінші және үшінші сатыларының диссоциациясын ескермеуге болады. (5,23)

5) Концентрациясы 0,2 М C₅H₅N пиридиннің (К_b = 1,5 ∙ 10⁻⁹, pK_b = 8,82) сулы ерітіндісінің  рН сутектік көрсеткіші неге тең? (9,2)

Гидролизденетін тұздардың сулы ерітінділерінің рН сутектік көрсеткіштері

Көптеген тұздар суда ерігенде бейтарап, ал кейбір тұздар суда ерігенде қышқылды немесе сілтілі ерітінділер түзіледі.

Кейбір тұздардың суда ерігенде диссоциацияланып, пайда болған катионының немесе анионының су молекуласымен сәйкесінше қышқылды немесе сілтілі орта түзе  әрекеттесуін  тұздардың гидролизі деп атайды.

Гидролиз процесіне құрамында әлсіз қышқыл немесе әлсіз негіздің иондары бар тұздар ғана түседі. Ал күшті қышқылдар мен күшті негіздердің әрекеттесуінен түзілген тұздар гидролизденбейді. Себебі, олардың иондары су молекуласымен әрекеттеспейді және нәтижесінде әлсіз электролит түзілмейді.

Күшті негіз бен әлсіз қышқылдың әрекеттесуінен түзілген тұздың гидролизденуіне, натрий ацетатын (CH₃COONa) мысалға келтіруге болады:

CH₃COO⁻ + H₂O  CH₃COOH + OH⁻

K_{тепе-тең.} =

мұндағы судың концентрациясы тұрақты, олай болса К_Д ∙ [H₂O] көбейтіндісі де тұрақты болады. Осы тұрақты шама гидролиздену константасы К_г деп аталады. Бұл жағдайда жоғарыдағы қатынасты төмендегідей күйде жазуға болады:

К_г = [H₂O] ∙ K_{тепе-тең.}  =

Осы теңдеудің алымын да, бөлімін де, [H⁺] сутек ионының молярлық концентрациясына көбейтсек, төмендегі өзгерістерді алуға болады:

К_г ∙  = [H⁺][OH⁻]∙ =

Гидролиздену константасы теңдеулерін теңестіру арқылы, гидролизденген тұз ерітіндісінің, рН сутектік көрсеткішін анықтайтын формуланы қорытып шығаруға болады:

 =                   [OH⁻]² = ∙;

pOH = 7 – 1/2 ∙ pK_Д (қыш.) – 1/2 ∙ lgc_o (тұз)

pH = 7 + 1/2 ∙ pK_Д (қыш.) + 1/2 ∙ lgc_o (тұз)

Мысалы. Сулы ерітіндідегі молярлық концентрациясы 0,1 моль/л натрий ацетаты (CH₃COONa) тұзы ерітіндісіндегі, ацетат-ионының (CH₃COO⁻) гидролизденуі барысындағы түзілген ерітіндінің, рН сутектік көрсеткішінің мәні неге тең? Сірке қышқылының диссоциациялану константасының K_Д мәні 1,74 ∙ 10⁻⁵, pK_Д = 4,76.

Шешуі: Натрий ацетаты суда ерігенде күшті электролит ретінде молекулалары иондарға толық ыдырайды:

CH₃COONa  CH₃COO⁻+ Na⁺

Ерітіндіде пайда болған ацетат-ионы су молекуласымен әрекеттесіп, гидролизденгенде орта сілтілі болады:

CH₃COO⁻ + H₂O  CH₃COOH + OH⁻

Жоғарыдағы қорытып табылған, әлсіз қышқыл мен күшті негіздің әрекеттесуінен түзілген тұздың гидролизденуі барысындағы түзілген ерітіндінің, рН сутектік көрсеткішті анықтайтын формуланы қолдансақ:

pH = 7 + 1/2 ∙ 4,76 + 1/2 ∙ lg 0,1 = 8,9

Әлсіз негіз бен күшті қышқылдың әрекеттесуінен түзілген тұздың гидролизденуіне, аммоний хлоридін (NH₄Cl) мысалға келтіре отырып, сол тұз ерітіндісінің сутектік көсеткішін де, жоғарыдағыдай жолмен қорытып шығаруға болады:

pH = 7 – 1/2 ∙ pK_Д (нег.) – 1/2 ∙ lgc_o (тұз)

Мысалы. Сулы ерітіндідегі молярлық концентрациясы 0,01 моль/л аммоний нитраты (NH₄NO₃) тұзының ерітіндісіндегі аммоний-ионының (NH₄⁺) гидролизденуі барысындағы түзілген ерітіндінің, рН сутектік көрсеткішінің мәні неге тең? Аммиактың диссоциациялану константасының K_Д мәні 1,76 ∙ 10⁻⁵ , pK_Д = 4,76 тең.

Шешуі: Aммоний нитраты суда ерігенде күшті электролит ретінде молекулалары иондарға толық ыдырайды:

NH₄NO₃  NH₄⁺ + NO₃⁻

Ерітіндіде пайда болған аммоний-ионы су молекуласымен әрекеттесіп, гидролизденгенде орта қышқылды болады:

NH₄⁺ + H₂O  NH₄OH + H⁺

Жоғарыдағы қорытып табылған, әлсіз негіз бен күшті қышқыл тұзы ерітіндісінің гидролизденуі барысындағы, ерітіндінің рН сутектік көрсеткішті анықтайтын формуланы қолдансақ:

pH = 7 – 1/2 ∙ 4,76 + 1/2 ∙ lg 0,01 = 5,62

Ал, әлсіз негіз бен әлсіз қышқылдың әрекеттесуінен түзілген тұздың гидролизденуіне, аммоний ацетатын (CH₃COONH₄) мысалға келтіре отырып, бұл ерітіндінің рН сутектік көрсеткіштерін анықтайтын формуланы қорытып шығарсақ, төмендегідей болады:

pH = 7 + 1/2 ∙ pK_Д (қыш.) – 1/2 ∙ pK_Д (нег.)

Мысалы. Сулы ерітіндідегі молярлық концентрациясы 0,01 моль/л аммоний ацетаты (CH₃COONH₄) тұзының ерітіндісінің, рН сутектік көрсеткішінің мәні неге тең? Сірке   қышқылының   диссоциациялану   константасының  K_Д (қыш.) мәні 1,74 ∙ 10⁻⁵ , pK_Д (қыш.) = 4,76; aммиактың   диссоциациялану константасының K_Д (нег.) мәні 1,76 ∙ 10⁻⁵ , pK_Д (нег.) = 4,76.

Шешуі: Aммоний ацетаты суда ерігенде күшті электролит ретінде молекулалары иондарға толық ыдырайды:

CH₃COONH₄  CH₃COO⁻ + NH₄⁺

Бұл тұздың катионы да, анионы да сумен әрекеттесіп, гидролизденеді. Табиғаты мұндай тұздардың ерітіндісінің рН сутектік көрсеткіші жоғарыдағы теңдеумен анықталады:

pH = 7 + 1/2 ∙ 4,76 – 1/2 ∙ 4,76 = 7

яғни, бұл ерітінді бейтарап.

Тақырыпқа арналған тапсырмалар (жауаптары) 1) Ерітіндідегі концентрациясы 0,1 М CH₃COONa натрий ацетаты тұзының гидролиздену константасы, CH₃COO^– ацетат-ионының гидролиздену дәрежесі және осы ерітіндінің рН сутектік көрсеткіші неге тең? Сірке қышқылының диссоциациялану константасының мәні К_а = 1,76 ∙ 10⁻⁵, pK_а = 4,76 (5,9 ∙ 10⁻⁴; 0,03; 10,8).

2) Ерітіндідегі NH₄NO₃ аммоний нитраты тұзының титрі 8,0 ∙ 10⁻³ г/мл.  Аммиактың негіздік константасы К_b = 1,76 ∙ 10⁻⁵, pK_b = 4,76. Осы тұздың ерітіндідегі  гидролиздену дәрежесі мен ерітіндінің рН сутектік көрсеткіші неге тең? (7,6 ∙ 10⁻⁵; 5,14)

3) Cуда катион және анион бойынша да гидролизденетін NH₄CN аммоний цианидінің ерітіндідегі концентрациясы 0,1 моль/л. Гидролиз барысында түзілетін HCN көгерткіш қышқыл мен NH₄OH аммиактың тұрақтылық константаларының мәндері сәйкесінше pK_а = 9,30 және pK_b = 4,76. Осы тұз ерітіндісінің рН сутектік көрсеткішінің сандық мәні неге тең? (9,27).

Қорытынды. рН — ті индикаторлық жолақтардың көмегімен өлшеуге болады, олар қоршаған ортаның реакциясына байланысты түсін өзгертеді немесе арнайы құрал рН-метр көмегімен өлшейді. Тірі организмдер үшін бұл көрсеткіш өте маңызды, өйткені көптеген биохимиялық процестер тек белгілі бір рН мәндерімен жүре алады. Мысалы, адамның артериялық қанының рН деңгейі 7,36-7,44 бірлікті құрайды және оның бірнеше ондыққа өзгеруі медициналық араласуды қажет ететін денсаулықтың ауыр бұзылыстары орын алады. Қанның қышқылдығының 7,8 рН-дан жоғары немесе 6,8 рН-дан төмен өзгеруі өмір сүруді тоқтатады.  Осы иондардың концентрациясын реттеу арқылы біз химиялық және биохимиялық процестерді басқара аламыз. Мысалы, тамақ өнеркәсібінде олар: қырыққабатты ашыту, сүтті қышқылдандыру, йогурт қалыптастыру, шарап немесе сыра жасау. Егер ерітіндіде сутегі иондары тым көп болса, онда бұл тірі организмдердің тіршілік әрекетіне  теріс әсер етеді. Барлық дерлік тірі жасушалар рН өзгеруіне өте сезімтал, тіпті аздап тотығу олар үшін қауіпті. Күшті қышқылдық қасиеттерге төтеп бере алмайды және кейбір материалдар, мысалы, металдар көшкін коррозиясына ұшырайды. Ортаның қышқылдық қасиеттерін сандық түрде сипаттау үшін сутегі индексі бар, ол қышқылдық индексі, рН көрсеткіші.

Әдебиеттер тізімі:

1. Золотов Ю.А Основы аналитической химии. В 2 кн. Методы химического анализа. Серия "Классический университетский учебник".
2. Л.А. Красильникова. Биохимия растений. — 2004.
3. Бейтс Р. Определение pH. Теория и практика / пер. с англ. под ред. акад. Б.П. Никольского и проф. М.М. Шульца — 2 изд. — Л. : Химия, 1972.
4. Дүйсебаев Қ.Ә. Бейорганикалық химия: Оқу құралы – Алматы, 2010
5. Васильев, В.П. Аналитическая химия. Часть 1.
6. Васильев, В.П. Аналитическая химия. Часть 2.
7. Васильев, В.П. Практикум по аналитической химии