Władysław Walkowiak * WODA * ww/7a
Woda jako rozpuszczalnik. Elektrolity. pH
1. Wstęp
· woda jest jedyną cieczą nieorganiczną występującą na Ziemi,
· występuje jednocześnie w 3 stanach skupienia (lód, „ciekła” woda, para wodna),
· istniała na Ziemi na długo przedtem zanim pojawiła się jakakolwiek forma życia.
Charakterystyczne właściwości wody:
1. Cząsteczki wody mają budowę polarną – są dipolami,
2. Zmiana gęstości z temperaturą – maksymalna wartość przy +4 0C,
3. Wysoka pojemność cieplna,
4. Szeroki zakres temperatury istnienia wody w stanie ciekłym – 100 0C,
5. Wysokie napięcie powierzchniowe,
6. Najbardziej uniwersalny rozpuszczalnik, w tym soli i gazów.
2. Elektrolity
ELEKTROLITEM nazywamy substancję, która
rozpuszczając się w wodzie lub innym rozpuszczalniku polarnym ulega dysocjacji elektrolitycznej
czyli rozpadowi na jony, tj. kationy i aniony
Roztwory wodne elektrolitów (chlorek sodu, kwas solny)
¯ przewodzą prąd elektryczny
Roztwory wodne nieelektrolitów (cukier, alkohol)
¯ nie przewodzą prądu elektrycznego
Mocnymi elektrolitami są:
- sole (np. CaCl2, KNO3, Na2SO4)
- niektóre kwasy (np. HCl, HNO3, H2SO4, HClO4)
- niektóre wodorotlenki (np. NaOH, KOH, Ca(OH)2)
Związki chemiczne, które są mocnymi kwasami lub wodorotlenkami, posiadają wiązania chemiczne pomiędzy wodorem lub grupą wodorotlenową a resztą cząsteczki o przeważającym jonowym charakterze. W przypadku soli są to wiązania w 100% jonowe.
3. Cząsteczka wody jako dipol
Woda jest przykładem rozpuszczalnika polarnego:
O
101 pm
105o
163 pm
H H
Cząsteczka wody jest dipolem elektrycznym:
m = d ×l
gdzie: m - moment dipolowy,
d - ładunek elektryczny,
l – odległość biegunów.
Moment dipolowy wyrażamy w debejach lub C×m
1D = 3,38 × 10-30 C × m
Proces rozpuszczania w wodzie substancji o budowie jonowej
na przykładzie chlorku sodu (NaCl):
Hydratacja kationów i anionów - liczby hydratacji.
Silna hydratacja dla jonów o dużej wartości potencjału jonowego,
tj o wysokiej wartości: Zi / ri,
Zi – ładunek, ri – promień jonu’
np. Cr3+ ® [Cr(H2O)6]3+
Słaba hydratacja anionów, np.
Hydratacja jonu wodorowego (H+):
H+ + H2O = H3O+
H+ + 4H2O = [H9O4]+
4. Dysocjacja wody
Woda ulega bardzo słabej dysocjacji:
H2O Û H+ + OH-
W zwykłych warunkach ciśnienia i temperatury stopień dysocjacji wody jest niewielki. Stała równowagi :
Ale [H2O] w wodzie jest stałe i w temperaturze 250C wynosi:
Wówczas:
Kw - iloczyn jonowy wody
Po zlogarytmowaniu :
log Kw = log[H+] + log[OH-]
- logKw = - log[H+] - log[OH-]
Zdefiniujmy :
pH = - log[H+] pOH = -log[OH-]
pKw = - logKw
Stąd :
pH + pOH = pKw
pKw (Kw) zależy tylko od temperatury i siły jonowej roztworu.
...
chomixus