(Tiết 2) I – Mục đích: Nắm được các nội dung:
- Sự điện ly của nước.
- Tích số ion của nước.
- pH của nước.
- Chất chỉ thị màu của axit – bazo.
II – Nội dung:
6.1.4. Sự điện li của nước - Tích số ion của nước – pH.
Nước là chất điện li rất yếu. Ta có phương trình điện ly của nước:
H2O H+ + OH- (Vì sao k phân ly ra H3O+ + OH-) hằng số điện li của nước ở 200C:
16 2
2
H OH
K 1,8.10 H O 55,5mol / l
H O
Từ đó: Kn H OH 55,5.1,8.1016 1014 (6 – 8) gọi là tích số ion của nước.
Tại một nhiệt độ nhất định KH O2 là một hằng số.
Như vậy: + Trong nước bất kỳ nồng độ ion H+ hay OH- có thể thay đổi nhưng tích số nồng độ của chúng luôn luôn bằng 10-14 mol/l. Do đó: H OH107 mol / l
+ Trong dung dịch axit (Khi thêm vào nước nguyên chất một lượng axit nào đó thì [H+] sẽ tăng và [OH-] sẽ giảm) do đó: [H+] > [OH-] hay [H+] > 10-7 mol/l.
+ Trong môi trường kiềm: [H+] < [OH-] hay [H+] < 10-7 mol/l.
- KH O2 chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Do đó nhiệt độ khác nhau K
H O2 khác nhau.
* pH của nước:
- Để đặc trưng cho độ axit, bazơ hay trung tính của một dung dịch, người ta sử dụng một đại lượng gọi là pH.
pH = -lg[H+] (6 – 9) Tại 250C: + Nước nguyên chất có: H 107 pH7
+ Dung dịch axit có: H 107 pH7 + Dung dịch bazơ có: OH 107 pH7
94
- Người ta còn đưa ra định nghĩa: pOH = - lg [OH-]
- Từ (6 – 9) ta có: pH + pOH = 14
6.1.5. Chất chỉ thị axit bazo (pH).
Nhiều phản ứng chỉ xảy ra ở độ pH xác định do đó độ pH của dung dịch phản ứng giữ một vai trò quan trọng trong các phản ứng hoá học và sinh vật học.
Ví dụ: + Trong cơ thể máu có độ pH = 7,4 với độ biến thiên cho phép từ 7 - 7,9.
+ Nước bọt cso pH = 6,8 nhưng thức ăn trong dạ dày chỉ có thể tiêu hóa được khi pH nằm trong khoảng 1,6 – 1,7.
+ Độ pH của nước tiểu biến thiên biến thiên từ 5,8 – 6,2 và tăng đối với người mắc bệnh tiểu đường, giảm đối với người mắc bệnh ung thư.
+ Dư ion H+ hoặc OH- không những làm biến đổi mạnh vận tốc của phản ứng mà đôi khi còn làm biến đổi chiều và hướng của phản ứng.
Do đó trong nghiên cứu và trong sản xuất việc biết độ pH của dung dịch là rất quan trọng.
* Cách xác định pH:
a) Xác định bằng máy đo pH:
- Để xác định chính xác pH của dung dịch người ta dùng một dụng cụ gọi là pH mét. (Là một milivon kế cho phép xác định hiệu điện thế giữa một điện cực chuẩn thường là điện cực Calomen và một điện cực thủy tinh nhúng vào dung dịch cần xác định độ pH).
- có thể xác định độ pH chính xác đến 1/100 đơn vị pH.
b) Sử dụng giấy đo pH:
- Đó là giấy đã được tẩm chỉ thị tổng hợp.
- Trong thực tế không cần độ chính xác cao nhưng cần nhanh người ta dùng một loại giấy pH mà màu sắc của chúng thay đổi cùng với độ pH của dung dịch được nhúng vào.
c) Dùng dung dịch chỉ thị tổng hợp.
- Đó là một dung dịch chứa nhiều chất chỉ thị pH có các khoảng chuyển màu khác nhau và do đó sẽ có màu xác định tại một pH xác định.
- Chúng thường là axit hay bazo hữu cơ yếu, phân tử của nó có màu đỏ nhưng ion của nó có màu xanh.
Ví dụ: Quỳ là một axit hữu cơ yếu, phân tử của nó có màu đỏ nhưng ion của nó có màu xanh.
95
* Khoảng pH đổi màu của chất chỉ thị:
- Đại lượng đặc trưng đối với mỗi chất chỉ thị pH là khoảng chuyển màu của chất chỉ thị. Đó là khoảng pH mà chất chỉ thị bắt đầu chuyển từ một màu này sang hoàn toàn một màu khác (từ màu dạng axit sang màu dạng bazơ).
Ví dụ:
Với metyl đỏ thì ở pH < 4,4 có màu hồng (màu dạng axit)
ở 4,4 < pH < 6,2 màu hồng chuyển dang sang vàng ở pH > 6,2 có màu vàng (màu dạng bazơ)
- Một chất chỉ thị pH là axit thì trong dung dịch có cân bằng phân li:
HInd H Ind
[ ][ ]
[ ]
a
H Ind K HInd
[ ]
[ ]
[ ]
a
H K HInd Ind
pH = -lg [H+] = -lg (
[ ]
[ ]
a
K HInd
Ind ) = -lg Ka – lg
[ ]
[ ]
HInd Ind
pH = pKa + lg
[ ]
[ ]
Ind HInd
(6 – 10)
- Màu cảu chất chỉ thị phụ thuộc vào tỷ số nồng độ của hai dạng có màu Ind- và HInd. Tỷ số này phụ thuộc vào khoảng giá trị pH:
+ Nếu 101 < [[HIndInd ]]
< 10 : mắt ta nhìn thấy màu trung gian của cả hai dạng.
+ Nếu [HInd] > 10 [Ind-]: ta sẽ nhìn thấy màu của dạng HInd.
+ Nếu [Ind-] > 10 [HInd] ta sẽ nhìn thấy màu của dạng Ind-. - Từ (6 – 10) và điều kiện trên ta thấy:
+ Màu đỏ ứng với pH lớn nhất là: pH = pKa – 1 + Màu vàng ứng với pH nhỏ nhất là: pH = pKa + 1
- Vậy màu của chất chỉ thị không biến đổi liên tục theo độ pH của dung dịch mà thay đổi trong khoảng từ: (pKa – 1) đến (pKa + 1).
Khoảng chuyển màu của chất chỉ thị là khoảng pH mà chất chỉ thị bắt đầu chuyển từ một màu này sang hoàn toàn một màu khác (từ màu dạng axit sang màu dạng bazo).
- Đối với mỗi chất chỉ thị màu (Ka có một giá trị hoàn toàn xác định) có một khoảng chuyển màu xác định. Ta có khoảng chuyển màu khi pH thay đổi:
96
Chất chỉ thị Màu dạng axit Màu dạng bazơ pH chuyển màu
Phenolphtalein không màu hồng 8 - 10
Quỳ tím hồng xanh 5 - 8
Metyl đỏ hồng vàng 4,4 - 6,2
Metyl da cam da cam vàng 3,1 - 4,5
- Từ đó ta thấy rằng, tùy trường hợp mà ta dùng các chất chỉ thị màu khác nhau.
Ví dụ: Muốn thử môi trường axit phải dùng mêty da cam chứ không được dùng phenolphthalein.
- Sử dụng chất chỉ thị pH thích hợp có thể đánh giá sơ bộ pH của một dung dịch trong khoảng nào.
Ví dụ: - Nếu nhỏ phenolphtalein vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì chứng tỏ dung dịch có pH > 8.
- Nếu nhỏ metyl đỏ vào một dung dịch thấy xuất hiện màu hồng thì dung dịch có pH < 4,4. Nếu có màu vàng thì pH của dung dịch lớn hơn 6,2.
- Tùy theo độ pH của dung dịch mà cân bằng chuyển dịch về phía trái hay phía phải và từ đó dung dịch có màu sắc khác nhau.
Ví dụ: Trong môi trưqờng (pH = 13) phức sắt với H2Sal có thành phần là FeSal+ màu tím (hợp chất này bền vì [Sal2-] trong dung dịch axit mạnh rất nhỏ). Khi tăng pH = 4 ([Sal2-] tăng), sẽ xuất hiện phức FeSal2 màu đỏ, và khi pH = 9, FeSal2 lại kết hợp với Sal2- tạo thành FeSal33 màu vàng (cân bằng chuyển dịch từ trais sang phải).
97
Chương 6: DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LY