Среда растворов. 
Химия

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • понятия кислоты и основания;
• • влияние pH на состав ионов;
• • понятия буферных растворов и буферной емкости;
• • реакции амфотерного перехода; уметь
• • определять среду растворов сильных и слабых кислот и оснований, солей;
• • проводить расчет pH раствора иона; владеть
• • методами определения pH.

Кислоты и основания

При изучении природных явлений приходится иметь дело с растворами, причем чаще с водными растворами, имеющими различную кислотность среды.

Под выражением «среда раствора» понимают то, какая она — кислотная, нейтральная или основная. Эти свойства раствора определяются концентрацией ионов водорода и гидроксида, т. е. pH и рОН раствора. Напомним некоторые соотношения:

• • К_в = [Н⁺][ОН~] = 1 • 10~¹⁴;
• • pH = -lg[H⁺];
• • рОН = —lg[ ОН^-];
• • pH + рОН = 14;
• • у нейтральных растворов: |Н ] = 1 • 10 pH = 7, рОН = 7;
• • у кислотных растворов: [Н⁺] > 1 • 10 ⁷, pH 7;
• • у основных растворов: [IT] < 1 • 10 ⁷, pH > 7, рОН < 7;
• • сильно кислотные растворы: pH = 1 -ь 2;
• • слабо кислотные растворы: pH = 4-ь5;
• • слабо основные растворы: pH = 9-ь 10;
• • сильно основные растворы: pH = 12-ь 13.

Изменение pH на единицу соответствует изменению концентрации водородных ионов в 10 раз.

Кислотами обычно называют вещества, отщепляющие в водном растворе ионы водорода Н⁺, а основаниями — отщепляющие гидроксид-ионы ОН". Несмотря на правильность этих положений, имеются и другие определения кислот и снований.

Способность вещества реагировать как кислота или как основание не является свойством, присущим данным веществу или реакции, так как нередко в одних реакциях вещество ведет себя как кислота, в других — как основание.

В кислотно-основных реакциях одно вещество играет роль кислоты по отношению ко второму веществу — основанию. В других реакциях роли основания и кислоты могут изменяться. Было предпринято много попыток дать определения кислоты и основания, которые бы позволяли относить данное вещество или к классу кислот, или к классу оснований.

В соответствии с протонной теорией кислот и оснований И. Н. Брёнстеда (1923 г.) кислоты — вещества, отдающие ионы водорода, основания — вещества, присоединяющие ионы водорода (протоны):

В этих определениях вещества — это молекулы или ионы. Так, гидроксид-ион ОН" относится к основаниям, потому что он присоединяет ион водорода, давая воду, которая относится к кислотам:

Точно так же гидрокарбонат-ион выступает основанием:

Кислоты и основания не могут существовать друг без друга, они взаимосвязаны, или сопряжены. Если вещество реагирует как кислота, то в системе обязательно присутствует сопряженное с ней основание, и наоборот. Например, если уравнение диссоциации серной кислоты записать в виде.

то в уравнении обратной реакции эти названия кислот и оснований сохраняются:

В этих реакциях кислотами являются H₂SO_/tii Н₃0*, а основаниями — HSO^ и Н₂0.

Реакция переноса протона между кислотой и основанием называется нейтрализацией.

Реакция нейтрализции кислоты и основания — это реакция получения новой кислоты и нового основания. В кристаллической решетке хлорида аммония NH^Cl содержатся ионы аммония NH^ — кислоты, и хлорид-ионы С1 — основания.

Более удивительна электронная теория кислот и оснований Г. Лыоиса (1923 г.), в которой основание выступает донором, дающим пары электронов, кислота — акцептором, принимающим эти пары электронов. (В-5−1. Напишите формулы известных вам кислот и оснований и проверьте, насколько к ним приложимы столь неожиданные определения кислот и оснований.).