Активная и общая кислотность растворов. Кислотность и щелочность почв.

Любая кислота или щелочь содержит в свободном состоянии оп­ределенное количество ионов Н⁺ (точнее, Н₃О⁺)или ОН^-. При ней­трализации кислоты щелочью ионы связываются в молекулу воды.

При этом все катионы водорода, содержащиеся в растворе, участ­вуют в процессе нейтрализации.

Таким образом, общее количество катионов водорода, содержа­щееся в единице объема раствора, носит название общей или тит­руемой кислотности. Количество же свободных гидратированных ионов водорода составляет так называемую активную кислотность раствора.

И та и другая кислотность выражаются обычно в моль/л или, что то же самое, в кг/м³. В табл. 4.8 сопоставлены титруемая (об­щая) и активная кислотность для 1 н. растворов некоторых кислот.

Из данных этой таблицы видно, что различные кислоты при оди­наковой общей кислотности довольно резко отличаются по актив­ной кислотности.

Концентрация ионов Н⁺ (в моль/л), а также рН для однооснов­ных слабых кислот и оснований могут быть вычислены теоретиче­ским путем. Покажем это на конкретном примере с уксусной кисло­той, которая диссоциирует по уравнению

Применяя к этой реакции закон действующих масс, получим

4.55

где К — константа электролитической диссоциации уксусной кисло­ты. Из уравнения диссоциации уксусной кислоты имеем [Н⁺] = [СН₃СОО^-]. Стало быть, уравнение (4.55) можно написать так:

4.56

Если обозначить через а степень диссоциации уксусной кисло­ты, а через С аналитическую концентрацию ее, получим

Уравнение (4.56) можно представить в следующем виде:

4.57

Учитывая, что для слабых кислот a<<l, можно без большой по­грешности принять (1—а)≈1, тогда

4.58

Прологарифмировав это выражение и поменяв знаки на обратные, получим окончательную формулу для вычисления рН слабых од­ноосновных кислот:

4.59

Обозначая —lgК через рК, получим

4.60

Совершенно аналогичная формула получается и в случае од­ноосновного слабого основания, например

В данном случае согласно уравнению (4.60) получим

4.61

где К — константа диссоциации слабого основания, С — концен­трация этого основания. С учетом уравнения (4.54) окончатель­ная формула для вычисления рН одноосновных слабых оснований будет иметь вид

4.62

Пример. Вычислить рН 0,1 н. раствора уксусной кислоты. Поскольку константа диссоциации уксусной кислоты К= 1,85·10^-5, для решения воспользуемся форму­лой (4.62):

4.63