Материал: 1_metodichka_po_khimii

fi– коэффициент активности i-го катиона (аниона)

Zi– заряд i-го катиона (аниона)

Данное уравнение является математическим выражением предельно-

го закона Дебая–Хюккеля (1921): в разбавленных растворах сильных элек-

тролитов с одинаковой ионной силой коэффициенты активности катионов и анионов одинаковой зарядности равны независимо от их химической природы.

Приведенная формула справедлива лишь для растворов с низкой ион-

ной силой I ≤ 0,01, потому-то и выражает предельный закон.

3.6. Электрическая проводимость растворов. Жидкости и

ткани организма, как проводники электричества второго рода

Под прохождением электрического тока через вещество подразуме-

вают направленное движение (перенос) электрических зарядов. В зависи-

мости от природы их носителя различают проводники первого рода и про-

водники второго рода.

В проводниках первого рода перенос электрического заряда осу-

ществляется за счет направленного движения электронов. К ним относят-

ся главным образом сплавы металлов, металлы и их расплавы.

В проводниках второго рода перенос электрического заряда осу-

ществляется за счет направленного движения ионов. К ним относятся все электролиты. Причем в большинстве случаев используются растворы или расплавы данных соединений, так как именно в таких системах за счет действия растворителя или высокой температуры образуются в достаточ-

ных количествах свободные ионы, способные перемещаться под действием внешнего электрического поля.

Способность вещества проводить электрический ток количественно характеризуется электропроводностью L, которую можно предсказать как величину, обратную сопротивлению проводника R:

76

слабых электролитов мала (α‹1). Следовательно, несмотря на то, что в объ-

ёме раствора, заключённого между электродами, содержится 1 моль элек-

тролита, переносчиков электрического тока – ионов в данном объёме меньше, чем в растворе сильного электролита. Повышение молярной элек-

трической проводимости слабых электролитов при разбавлении растворов связано с увеличением степени диссоциации.

Для слабых электролитов отношение молярной электропроводности раствора при данном разбавлении (λ) к молярной электропроводности при бесконечно большом разбавлении (λº) характеризует истинную степень электролитической диссоциации. Степень диссоциации электролита в рас-

творе заданной концентрации можно рассчитать, измерив молярную элек-

трическую проводимость этого раствора и зная λº.

У слабых электролитов с разбавлением раствора увеличивается сте-

пень электролитической диссоциации и молярная электропроводность;

константа же диссоциации при неизменной температуре остаётся постоян-

ной величиной (закон разбавления Оствальда). Константа диссоциации Кдис, α, λ и концентрация (разбавление) подобных растворов связаны меж-

ду собою следующими уравнениями:

Кдис =

Кдис =

или

Кдис = ,

где V=1/C – разбавление раствора, л/г-экв.

Для сильных электролитов, диссоциирующих полностью (α=1),

78

Уменьшение молярной электрической проводимости при переходе от бесконечно разбавленного раствора к растворам конечных концентра-

ций у сильных электролитов связано только с уменьшением скоростей движения ионов. Сильные электролиты не подчиняются закону разбавле-

ния.

Биоткани — это проводники II рода.

При прохождении постоянного тока через тело человека возникает постоянное электрическое поле, т.е. человеческий организм становится сложным электрическим проводником. Организм в целом, а также его раз-

личные ткани представляют собой сложный электролитический раствор.

Величина электропроводности зависит от содержания в тканях жидкости.

Жидкие среды организма: кровь, лимфа, моча, спинномозговая жидкость -

обладают наибольшей электропроводностью.

К хорошим проводникам также относятся внутренние органы и мышеч-

ная ткань, а к плохим - кость, жировая ткань. Большим сопротивлением проводимости обладает кожа, особенно ее роговой слой. В коже ток про-

ходит в основном через протоки потовых и сальных желез, межклеточные пространства эпидермиса.

3.7. Ионное произведение воды

Вода – слабый электролит, она диссоциирует в незначительной сте-

пени (при температуре 298 K на ионы распадается 1 молекула из 5,5×108).

Однако образующиеся при диссоциации воды ионы играют исключитель-

но важную роль в биологических процессах. Поэтому необходимо уметь количественно выражать меру диссоциации воды. Выражение для кон-

станты равновесия диссоциации воды:

(1.1)

При температуре 298 К эта величина равна 1,8×10-16 моль/л. Так как

79

диссоциации воды мала, её концентрацию можно считать постоянной и рассчитать по формуле:

[Н2О] = m /Mr (1.2)

где: m – масса 1л воды, Mr – её молярная масса. Подставив числовые зна-

чения этих величин в уравнение 1.2, получаем: 1000 г/л / 18 г/моль = 55,5

моль/л. Умножив обе части уравнения 1.1 на концентрацию воды, получа-

ем:

и, подставляя числовые значения в уравнение 1.3, получаем: К =1,8×10-16 моль/л×55,5 моль/л = 10-14 моль2/л2,

где Кw – ионное произведение воды. С ростом температуры увели-

чивается число диссоциациировавших молекул воды и, следовательно,

увеличивается ионное произведение воды.

Если [Н+] = [ОН-], то раствор имеет нейтральную реакцию, если преобладают ионы Н+, то раствор кислый, если ОН- – щелочной.

В 1909 г. Зёренсен предложил использовать для выражения концен-

трации протонов водородный показатель – рН, равный десятичному лога-

рифму концентрации протонов, взятому с противоположным знаком: pH = -lg [Н+]

Так как ионное произведение воды для данной температуры – вели-

чина постоянная, увеличение концентрации одного из ионов влечёт сни-

жение концентрации другого.

Зная рН, легко вычислить рОН: рОН = 14 – рН и наоборот.

pH может принимать значения от 1 до 14. Среду со значением рН от

0 до 3 называют сильно кислой, 3-6 – кислой, 7 – нейтральной, 8-10 – слабо щелочной, 11-14 – сильно щелочной.

Биологическое значение постоянства рН состоит в том, что фермен-

ты, контролирующие скорости протекания химических реакций в организ-

ме, будучи белками, очень чувствительны к колебаниям рН. Даже незначи-

тельный сдвиг реакции среды от оптимума для данного фермента приво-

80