ВОДОРОДНЫЙ ИОН
[НА] “ [Н-] ’
Т. о., если [Н*]=7с, то [А'] = [НА], иначе говоря, половина кислоты НА будет диссоциирована; если [Н’] будет в 10 раз больше Л, то кислота будет, диссоциирована только на 9%, а если [Н*] будет в 10 паз меньше к, то степень диссоциации кислоты НА будет 91%. Иначе говоря, степень диссоциации слабой кислоты зависит от величины [H*J. и вблизи точки, в к-рой [Н*] = &, она меняется очень быстро с изменением [H’J.
Далее, известно, что для ряда кислот процесс распада на ионы сопровождается изменением строения молекулы и, соответственно, изменением окраски, так что диссоциированные и недиссоциированные молекулы оказываются окрашенными в различные цвета. Очевидно, что любая слабая кислота, обладающая этим свойством, может быть использована в качестве индикатора, т. к. по характеру или интенсивности окраски, появляющейся при прибавлении ее к исследуемому раствору, можно судить о величине Рн. Для того, чтобы суждение это, однако, могло иметь количественный характер, необходимо взять индикатор, к-рый бы имел подходящую область перехода, для к-рого, иначе говоря, величина к была бы достаточно близка к величине [Н*] в исследуемом растворе. Т. к. в наст, время известны индикаторы с самыми разнообразными областями перехода, то эта проблема всегда разрешима. В качестве примера приведем несколько хорошо известных индикаторов:
щелочи.красн.
О
красн.
оранжевожелтый синий
бесцв.
красныйкисл.
О О
со
f->*
ЦветО
Метилоранж .
Лакмус. . . .
Фенолфталеин ....
Интервал Рн, в к-ром происходит изменение окраски
СП
ИндикаторТ. о., измеряя величину Е, мы можем определить концентрацию В. и. в растворе; обычно, однако, дается не эта величина, а непосредственно значение — lg[H*], т. н. водородный показатель раствора, к-рый обозначается через pH или Рн. Т. к. в растворах, с к-рыми обычно приходится иметь дело, величина [Н*] меньше единицы, то “lg[H‘] имеет отрицательное значение, а Рн= — lg[H’] — положительное значение. Для нейтрального раствора, как легко вычислить из вышеприведенных данных, Рн — = 7, 07; если Рн меньше этого значения, то раствор будет кислым. Так, для раствора сильной кислоты, содержащего 7ооо грамммолекулы в литре, Рн =2. Очевидно, что с помощью водородного электрода . можно
найти концентрацию В. и. и в щелочном растворе. В этом случае Рн будет больше 7, 07; так, для раствора щелочи, содержащего ’/ню грамм-молекулы в литре, Рн = = 12, 2. Исходя из этого числа, найденного на опыте, можно, как было объяснено выше, вычислить константу диссоциации воды. Т. к. измерение потенциала водородного электрода требует применения довольно сложной аппаратуры, то на практике предпочитают обычно пользоваться другим., более простым, хотя и менее точным способом, а именно — окрашенными индикаторами (см.). Применение индикаторов основано на следующих соображениях. Пусть НА будет опять слабой кислотой; найдем, исходя из уравнения (1), отношение между концентрациями диссоциированной и недиссоциированной кислот. Это отношение равно: [Aq k
ОО
будет гораздо больше, чем величина [Н*], и раствор будет щелочным. В децинормальном растворе едкого натра величина [Н’] = = 6. 10“14, а [ОН'] = 0, 1. В этом случае величина [Н*] вычислена по уравнению (2), при чем величину йнао предполагают известной; обратно, если мы опытным путем найдем каким-нибудь способом величину [H’J в щелочном растворе определенной концентрации, то мы сможем по уравнению (2) вычислить величину &н2о.
Как видно из вышесказанного, когда мы говорим, что раствор имеет кислую, щелочную или нейтральную реакцию, — мы даем приблизительную оценку концентрации В. и. в растворе. В целом ряде случаев такая грубая оценка является, однако, совершенно недостаточной, и требуется точное определение концентрации В. и. Дело в том, что, как показали исследования последних десятилетий, течение целого ряда процессов в водных растворах находится в непосредственной зависимости от концентрации В. и. в растворе. Сюда относятся, в первую очередь, разнообразные изменения, к-рые могут претерпевать различные коллоиды (см. это слово, а также Белки); так как эти изменения играют огромную роль в биологических и в очень многих технологич. процессах, то ясно, какое значение имеет определение концентрации В. и. Далее, существует ряд химич. реакций, как, напр., инверсия (см.) сахара, скорость к-рых зависит от концентрации В. и. Наконец, определение концентрации В. и. часто требуется для решения аналитических проблем, напр., при титровании смеси двух кислот разной силы.’ Основным методом определения концентрации В. и. является электрометрический, основанный на применении водородного электрода. В качестве такового, чаще всего применяется покрытая платиновой чернью пластинка платины, насыщенная газообразным водородом. Если ток идет от такой пластинки в раствор, то газообразный водород переходит в В. и., и обратно, если ток идет от раствора к такой пластинке, В. и. разряжаются на ней, и выделяется газообразный водород.
Теория показывает, что разность потенциалов (см. Электродные потенциалы) между раствором и таким электродом зависит от концентрации В. и. в растворе по формуле: E=const, _0j059 lg[H. LЬЭВ качестве индикаторов могут применяться не только слабые кислоты, но также и слабые основания.
При прибавлении кислоты или щелочи к какому-нибудь раствору величина Рн изменяется; однако, степень этого изменения
