ΛΟΓΟΠΑΙΓΝΙΑ

3.3 Ιοντισμός οξέων, βάσεων και νερού - pH

Με δύναμη από… τη Θεσσαλονίκη

Ιοντισμός του νερού - pH

Του ΓΙΑΝΝΗ Θ. ΚΕΣΣΟΠΟΥΛΟΥ

Το καθαρό νερό δεν αποτελείται αποκλειστικά και μόνο από μόρια νερού.

Είναι γνωστό το σύμπτωμα "δυσκοιλιότητας" της αγαπημένης μας πόλης.

Μετρήσεις μεγάλης ακρίβειας της αγωγιμότητας του νερού, έδειξαν ότι στο καθαρό νερό υπάρχουν ιόντα Η3Ο+ (οξωνίου) και ΟΗ- (υδροξειδίου).

Υπό το σύνδρομο της συμπρωτεύουσας, κάτι μεταξύ πρωτεύουσας και επαρχίας, κέντρου και περιφέρειας, οποιαδήποτε καλή προσπάθεια αντιμετωπίζεται με ταπεινά ελατήρια.

Τα ιόντα αυτά προκύπτουν λόγω του ιοντισμού του νερού, σύμφωνα με το σχήμα:

Αποτέλεσμα, με την πάροδο των χρόνων, είναι η συλλογική ψυχολογία της πόλης (εννοείται με τις ατομικές ή μικροσυλλογικές εξαιρέσεις) να προτάσσει πλέον την καχυποψία, που συχνά οδηγεί στην απόρριψη.

ΣΧΗΜΑ 3.7 Διαγραμματική απεικόνιση του αυτοϊοντισμού του νερού.

Ο κοσμοπολιτισμός συνήθως δίνει τη θέση του στον αρχοντοχωριατισμό και έτσι αναγνωρίζουμε πολύ πιο εύκολα έναν ντόπιο που φέρει τα εύσημα των Αθηνών παρά κάποιον που ανεκχώρητα δίνει την ψυχή του σε τούτη την πόλη.

Το γινόμενο των συγκεντρώσεων ιόντων Η3Ο+ και ΟΗ- παραμένει σταθερό. Δηλαδή, όσο μεγαλώνει η τιμή του ενός τόσο πέφτει η τιμή του άλλου

Άκουγα πριν από λίγες ημέρες τον Γ. Κορδομενίδη στην εκπομπή της ΝΕΤ "Έχει γούστο" να λέει ότι η πρώτη αναγνώριση για το λογοτεχνικό περιοδικό "Εντευκτήριο" ήρθε από την Αθήνα.

Ο ιοντισμός του νερού γίνεται σε πάρα πολύ μικρό ποσοστό. Δηλαδή, σε διακόσια περίπου εκατομμύρια μόρια νερού, ένα μόνο μόριο έχει ιοντιστεί. Στο καθαρό νερό στους 25 oC ισχύει: [Η3Ο+] = [ΟΗ-] = 10-7 Μ

Πενιχρό το παράδειγμα, θα πει κανείς, στον καιρό που η τηλεόραση κάνει το δικό της παιχνίδι με την αλήθεια.

Η αμφίδρομη αντίδραση ιοντισμού του νερού: H2O + H2O [pic] H3Ο+ + OH- έχει μια σταθερά χημικής ισορροπίας, η οποία ονομάζεται σταθερά ιοντισμού ή γινόμενο ιόντων του νερού, συμβολίζεται με Kw και δίνεται από τη σχέση,

Στο χώρο του πολιτισμού ωστόσο είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστικό.

Kw = [H3O+] [OH-]

Αφορμή για τις παραπάνω σκέψεις το τελευταίο τεύχος του "Εντευκτηρίου" -του καλύτερου ίσως περιοδικού για τη λογοτεχνία και του "λαϊκότερου" επίσης, του πλέον προσιτού σε κάθε αναγνώστη- με το εξαιρετικό αφιέρωμα στον ποιητή Μανόλη Αναγνωστάκη (διαβάστε το κείμενο "Ο Ιωάννης Μεταξάς κι εγώ", χαρακτηριστικό του ανοικτού πνεύματος του ποιητή -ανάλογου μεγαλείου με τα ποιήματα της φυλακής: "Το πρωί" από τις "Εποχές 3" κτλ.).

Στη σχέση αυτή δεν αναγράφεται η συγκέντρωση του νερού, όπως γενικώς συμβαίνει σε όλους τους νόμους χημικής ισορροπίας αραιών υδατικών ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων.

Αξίζει να το αγαπήσουμε και να το στηρίξουμε, γιατί είναι από εκείνα τα πράγματα αυτής της πόλης που μας γεμίζουν αυτοπεποίθηση.

Η συγκέντρωση του νερού θεωρείται σταθερή και ίση με: [Η20]= [pic] ή [pic] Μ, κάνοντας την παραδοχή, ότι σε 1 L νερού περιέχονται 1000 g νερού, δηλαδή ότι το διάλυμα είναι πολύ αραιό και ότι η πυκνότητα του νερού είναι ρ =1 g mL-1 (25 oC)

"Εντευκτήριο" με δύναμη από τη Θεσσαλονίκη!

Η Kw, όπως γενικώς συμβαίνει στις σταθερές ισορροπίας αραιών υδατικών διαλυμάτων, μεταβάλλεται μόνο με τη θερμοκρασία.

- Η στήλη αναμένει τις παρατηρήσεις σας για ό,τι σας ενοχλεί και ό,τι σας γεμίζει, για διαφωνίες και συμφωνίες.

Μάλιστα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, καθώς οι αντιδράσεις ιοντισμού είναι ενδόθερμες.

Θα τις διαβάσουμε με ενδιαφέρον και θα τις δημοσιεύσουμε.

Στους 25 οC ισχύει:

Στην ηλεκτρονική διεύθυνση και στη διεύθυνση της εφημερίδας: Μοναστηρίου 85, 54627 Θεσσαλονίκη.

Kw = 10-14 (25 oC)

Επίσης οι μονάδες του Kw (mol2/L2) χάριν ευκολίας παραλείπονται, όπως συνήθως γίνεται και στις άλλες σταθερές ισορροπίας. Εδώ θα πρέπει να επισημάνουμε, ότι η ισορροπία ιοντισμού του νερού γίνεται σε όλα τα υδατικά διαλύματα, ως εκ τούτου σε κάθε υδατικό διάλυμα ισχύει η σχέση: [Η3Ο+] [ΟΗ-] = 10-14 (στους 25 oC) Στο καθαρό νερό: αν θέσουμε [Η3Ο+] = [ΟΗ-] = x Μ, τότε x2 = 10-14 ή x = 10-7 Μ. Δηλαδή,

- Στο καθαρό νερό στους 25 oC έχουμε: [Η3Ο+] = [ΟΗ-] =10-7 Μ

- Σε ένα υδατικό διάλυμα στους 25 oC που περιέχει οξύ έχουμε: [Η3Ο+] >10-7 Μ και [ΟΗ-] < 10-7 Μ.

Π.χ. αν [Η3Ο+] = 10-5 Μ, τότε από τη σχέση [Η3Ο+] [ΟΗ-] = 10-14 προκύπτει ότι [ΟΗ-] = 10-9 Μ. Παρατηρούμε, δηλαδή, ότι στα όξινα υδατικά διαλύματα υπάρχουν και ιόντα ΟΗ- που προκύπτουν από τον αυτοϊοντισμό του νερού. Αντίστοιχα,

- Σε ένα βασικό υδατικό διάλυμα στους 25 oC έχουμε: [ΟΗ-] > 10-7 M και [Η3Ο+] < 10-7 M.

Συνοπτικά καταλήγουμε στον ακόλουθο πίνακα:

Σε όλα τα υδατικά διαλύματα / 25 ?C: - [Η3Ο+] [ΟΗ-] = Kw = 10-14 Σε ουδέτερα διαλύματα και στο νερό / 25 ?C - [Η3Ο+] = 10-7 M = [ΟΗ-] Σε όξινα διαλύματα / 25 ?C - [Η3Ο+] > 10-7 M > [ΟΗ-] Σε βασικά (αλκαλικά) διαλύματα / 25 οC - [Η3Ο+] < 10-7 M < [ΟΗ-]

S.P.L. Sorensen (1868 - 1939). Δανός χημικός. Διετέλεσε διευθυντής στα εργαστήρια της ζυθοποιίας Carlsberg. Το 1909 εισήγαγε την κλίμακα pH (πε-χα) για το χαρακτηρισμό της οξύτητας ενός διαλύματος. Το επιστημονικό του έργο συμπεριλαμβάνει επίσης την ανάπτυξη αναλυτικών τεχνικών, τη σύνθεση αμινοξέων και τη μελέτη της ζύμωσης.

Επεκτείνοντας την έννοια του pH ορίζουμε: pKw = -logKw pKa = -logKa pKb = -logKb

Πολλά φυσικοχημικά φαινόμενα εξαρτώνται από την οξύτητα, δηλαδή την συγκέντρωση των Η3Ο+ του διαλύματος. Για τη διευκόλυνση των υπολογισμών της συγκέντρωση Η3Ο+ ο Sorensen εισήγαγε το 1909 την έννοια του pH:

- Το pH ( πε-χά) ορίζεται ως ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της αριθμητικής της συγκέντρωσης των ιόντων Η3Ο+ σε ένα υδατικό διάλυμα.

pH = - log [H3Ο+] δηλαδή, αν [Η3Ο+] = 10-3 Μ, τότε pH = -log 10-3 = 3. Ομοίως ορίστηκε το pOH (πε-οχά): pΟH = - log [ΟH-] και γενικά pX = - logX. Με βάση τα παραπάνω καταλήγουμε στον πίνακα:

Σε όλα τα υδατικά διαλύματα / 25 ?C: - pH + pOH = 14 Σε ουδέτερα διαλύματα και στο νερό / 25 ?C - pH = 7 = pOH Σε όξινα διαλύματα / 25 ?C - pH < 7 < pOH Σε βασικά (αλκαλικά) διαλύματα / 25 ?C - pH > 7 > pOH

Δηλαδή, σε όλα τα υδατικά διαλύματα υπάρχουν Η3Ο+ και ΟΗ-. Αν σε μια άσκηση μας ζητάνε να υπολογίσουμε τις τιμές των : [Η3Ο+], [ΟΗ-], pH και pOH, είναι προφανές ότι αν βρούμε την τιμή ενός εξ’ αυτών, εύκολα μπορούμε να βρούμε τις τιμές των υπολοίπων. Π.χ. αν γνωρίζουμε ότι [ΟΗ-] = 10-3 Μ εύκολα υπολογίζουμε την τιμή [Η3Ο+] = 10-11 Μ και στη συνέχεια των pH = 11 και pOH = 3.

ΣΧΗΜΑ 3.8 Τιμές pH ορισμένων γνωστών διαλυμάτων.

Η γνώση της τιμής του pH είναι πρωταρχικής σημασίας στη βιομηχανία, αναλυτική χημεία, βιοχημεία, ιατρική κλπ. Για παράδειγμα τα διάφορα υγρά στον οργανισμό μας, όπως το αίμα, το γαστρικό υγρό κλπ. θα πρέπει να έχουν περίπου σταθερό pH ή να μεταβάλλονται σε αυστηρά καθορισμένα όρια pH. Επίσης στη βιομηχανία πολλές χημικές - βιοχημικές διεργασίες γίνονται σε καθορισμένο pH και τα παραγόμενα προϊόντα πολλές φορές ελέγχονται με βάση την τιμή του pH. Ο προσδιορισμός του pH γίνεται σε πρώτη προσέγγιση με τη βοήθεια των δεικτών, που θα εξετάσουμε παρακάτω, ή ακριβέστερα με τη βοήθεια ενός οργάνου που λέγεται πεχάμετρο. Το πεχάμετρο είναι από τα πλέον δημοφιλή και απαραίτητα όργανα σε κάθε χημικό εργαστήριο.

ΣΧΗΜΑ 3.9 Προσδιορισμός της τιμής pH με πεχάμετρο σε: α. γάλα της μαγνησίας - διάλυμα Mg(ΟH)2 β. ξύδι - διάλυμα CH3COOH.

Στα διαλύματα ισχυρών οξέων έχουμε μεγάλη συγκέντρωση ιόντων οξωνίου (H3O+). Η δομή ενός οξωνίου με την κατανομή ηλεκτρονίων στην επιφάνεια του, εικονίζεται στο παραπάνω προσομοίωμα (μοντέλο).