АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

О ХИМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСИЯХ, ЕДИНИЦАХ ИЗМЕРЕНИЯ И pН

Читайте также:
  1. B.предела допускаемой погрешности измерения
  2. А / Ткань обивочная (ширина 150 см.), единица измерения – метр, цена за метр – 30 рублей
  3. Барометрический метод измерения высоты
  4. БЛОК ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ
  5. Более сложные измерения
  6. Виды методов измерения пок-лей кач-ва.
  7. Выражение концентрации растворов в единицах нормальности, молярности и моляльности. Взаимный переход от одних видов выражения концентрации к другим.
  8. Гигиеническое значение физико-химических свойств тканей, методы определения.
  9. Гигиеническое нормирование чужеродных химических веществ в продуктах питания.
  10. Диагностика шока при отсутствии сфигмоманометра (аппарат для измерения АД).
  11. Для измерения воздушного ультразвука применяется следующая аппаратура: шумомеры для измерений в диапазоне частот до 50000 Гц и до 100000 Гц; микрофоны и полосовые фильтры.
  12. Единица измерения вирулентности

Углекислый газ и карбонатная система воды

Многим аквариумистам известны рекомендации по использованию для размножения рыб воды, более мягкой и кислой, по сравнению с аквариумной. Удобно пользоваться для этой цели дистиллированной водой, мягкой и слабокислой, смешивая ее с водой из аквариума. Но оказывается, что при этом жесткость исходной воды уменьшается пропорционально разведению, а рН практически не изменяется. Свойство сохранять значение показателя рН независимо от степени разведения, называется буферностью. В этой статье мы познакомимся с основными компонентами буферных систем аквариумной воды: кислотностью воды - рН, содержанием углекислого газа - СО2, карбонатной «жесткостью» - dКН (эта величина показывает содержание в воде гидрокарбонат-ионов НСО3-; в рыбохозяйственной гидрохимии этот параметр называют щелочностью), общей жесткостью – dGН (для упрощения принимается, что ее составляют только ионы кальция – Са++). Обсудим их влияние на химический состав природной и аквариумной воды, собственно буферные свойства, а также механизм воздействия рассматриваемых параметров на организм рыб. Большинство химических реакций, рассматриваемых ниже, являются обратимыми, поэтому вначале важно познакомиться с химическими свойствами обратимых реакций; это удобно сделать на примере воды и показателя рН.

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • 1. О химических равновесиях, единицах измерения и рН
  • 2. СО2 со товарищи, рН и снова единицы измерения
  • 3. Природная вода и углекислотное равновесие
  • 4. Об аквариумной воде и произведении растворимости
  • 5. Карбонатная буферная система
  • 6. СО2 и физиология дыхания аквариумных рыб
  • 7. Мини-практикум
  • 8. Использованная литература

Далее - смотри вторую часть

  • 6. СО2 и физиология дыхания аквариумных рыб
  • 7. Мини-практикум
  • 8. Использованная литература

О ХИМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСИЯХ, ЕДИНИЦАХ ИЗМЕРЕНИЯ И pН

Вода является хотя и слабым, но все же электролитом, т. е. способна к диссоциации, описываемой уравнением

Н2ОН+ +ОН-

Этот процесс обратим, т.е.

Н++ОН-Н2О

C химической точки зрения ион водорода Н+ всегда является кислотой. Ионы, способные связывать, нейтрализовывать кислоту (Н+), являются основаниями. В нашем примере это – гидроксил-ионы (ОН-), но в аквариумной практике, как будет показано ниже, доминирующим основанием является гидрокрабонат-ион НСО3-, ион карбонатной «жесткости». Обе реакции протекают с вполне измеримыми скоростями, определяемыми концентрацией: скорости химических реакций пропорциональны произведению концентраций реагирующих веществ. Так для обратной реакции диссоциации воды Н++ОН-2О ее скорость выразится следующим образом:

Vобр = Кобр+][OH-]

К – коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости реакции.
[ ] -квадратные скобки обозначают молярную концентрацию вещества, т.е. количество молей вещества в 1 литре раствора. Моль можно определить как вес в граммах (или объем в литрах - для газов) 6•1023 частиц (молекул, ионов) вещества - число Авогадро. Число, показывающее вес 6•1023 частиц в граммах равно числу, показывающему вес одной молекулы в дальтонах.

Так, например, выражение [H2O] обозначает молярную концентрацию водного раствора … воды. Молекулярный вес воды составляет 18 дальтон (два атома водорода по 1д, плюс атом кислорода 16д), соответственно 1 моль (1М) Н2О – 18 грамм. Тогда 1 литр (1000 грамм) воды содержит 1000:18=55,56 молей воды, т.е. [H2O]=55,56М=const.

Поскольку диссоциация – процесс обратимый (Н2О-Н++ОН-), то при условии равенства скоростей прямой и обратной реакции (Vпр=Vобр), наступает состояние химического равновесия, при котором продукты реакции и реагирующие вещества находятся в постоянных и определенных соотношениях: Кпр[H2O] = Kобр[H+][OН-]. Если константы объединить в одной части уравнения, а реагенты в другой, то получим

Кпробр = [H+][OH-]/[H2O] = К

где К также является постоянной величиной и называется константой равновесия.

Последнее уравнение является математическим выражением т.н. закона действия масс: в состоянии химического равновесия отношение произведений равновесных концентраций реагентов является постоянной величиной. Константа равновесия показывает, при каких пропорциях реагентов наступает химическое равновесие. Зная значение К, можно предсказать направление и глубину протекания химической реакции. Если К>1, реакция протекает в прямом направлении, если К<1 – в обратном. Используя константу равновесия, с химическими уравнениями можно обращаться как с алгебраическими и производить соответствующие вычисления. Точность их не очень высока, но они относительно просты и наглядны, что позволяет глубже понять смысл рассматриваемых процессов. Численное значение константы равновесия индивидуально и постоянно для каждой обратимой химической реакции. Оно определяется экспериментально, и эти значения приводятся в химических справочниках.

В нашем примере К = [H+][OН-]/[H2O] = 1,8•10-16. Поскольку [H2O] =55,56 =const, то ее можно объединить с К в левой части уравнения. Тогда:

К[H2O]=[H+][OH-]=(1,8•10-16)•(55,56)=1•10-14= const. = Кw

Преобразованное в такую форму уравнение диссоциации воды называется ионным произведением воды и обозначается Кw. Значение Кw остается постоянным при любых значениях концентраций Н+ и ОН-, т.е. с увеличением концентрации ионов водорода Н+, уменьшается концентрация ионов гидроксила – ОH- и наоборот. Так, например, если [H+] = 10-6, то [OH-] = Kw/[H+] = (10-14)/(10-6)=10-8. Но Кw = (10-6).(10-8) =10-14 = const. Из ионного произведения воды следует, что в состоянии равновесия [H+] = [OH-] =Кw =1•10-14 = 10-7М.

Однозначность связи между концентрацией ионов водорода и гидроксила в водном растворе позволяет для характеристики кислотности или щелoчности среды пользоваться одной из этих величин. Принято пользоваться величинoй концентрации ионов водорода Н+. Поскольку величинами порядка 10-7 оперировавть неудобно, в 1909 году шведский химик К.Серензен предложил использовать для этой цели отрицательный логарифм концентрации водородных ионов Н+ и обозначил его рН, от лат. potentia hydrogeni – сила водорода: рН = -lg[H+]. Тогда выражение [H+]=10-7 можно записать коротко как pH=7. Т.к. предложенный параметр не имеет единиц измерения, он называется показателем (рН). Удобство предложения Серензона вроде бы очевидно, но он подвергался критике современников за непривычную обратную зависимость между концентрацией ионов водорода Н+ и значением показателя рН: с увеличением концентрации Н+, т.е. с увеличением кислотности раствора, значение показателя рН уменьшается. Из ионного произведения воды следует, что показатель рН может принимать значения от 0 до 14 с точкой нейтральности рН=7. Органы вкуса человека начинают различать кислый вкус со значения показателя рН=3,5 и ниже.

Для аквариумистики актуален диапазон рН 4,5-9,5 (ниже будет рассматриваться только он) и традиционно принята следующая шкала с непостоянной ценой деления:

  • рН<6 -кислая
  • рН 6,0-6,5 – слабокислая
  • рН 6,5-6,8 – очень слабокислая
  • рН 6,8-7,2 –нейтральная
  • рН 7,2-7,5 – очень слабощелочная
  • рН 7,5-8,0 - слабощелочная
  • рН>8 – щелочная

На практике в большинстве случаев гораздо информативнее оказывается более грубая шкала с постоянной ценой деления:

  • рН=5±0,5 – кислая
  • рН=6±0,5 – слабокислая
  • рН=7±0,5 – нейтральная
  • рН=8±0,5 – слабощелочная
  • рН>8,5 – щелочная

Среды с рН<4,5 и рН>9,5 являются биологически агрессивными, и их следует считать непригодными для жизни обитателей аквариума. Поскольку показатель рН является логарифмической величиной, то изменение рН на 1 единицу означает изменение концентрации ионов водорода в 10 раз, на 2 – в 100 раз и т.д.. Изменение концентрации Н+ вдвое приводит к изменению значения показателя рН лишь на 0,3 единицы.

Многие аквариумные рыбы без особого вреда для здоровья переносят и 100-кратные (т.е. на 2 единицы рН) изменения кислотности воды. Разводчики харациновых и других т.н. мягководных рыб, перекидывают производителей из общего аквариума (часто со слабощелочной водой) в нерестовик (со слабокислой) и обратно без промежуточной адаптации. Практика также показывает, что большинство обитателей биотопов с кислой водой в неволе лучше чувствует себя в воде с рН 7,0-8,0. С. Спотт считает рН 7,1-7,8 оптимальным для пресноводного аквариума.

Дистиллированная вода имеет рН 5,5–6,0, а не ожидаемое рН=7. Чтобы разобраться с этим парадоксом, необходимо познакомиться с «благородным семейством»: СО2 и его производными.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)