HÓA HỌC BIỂN - CHƯƠNG 4 potx

76

Chương 4

HỆ CACBONAT CỦA BIỂN

4.1 ION HYDRO VÀ TRỊ SỐ PH CỦA NƯỚC BIỂN

4.1.1 Sự phân ly của nước và khái niệm về trị số pH

Như đã biết, nước là chất phân ly rất kém, sản phẩm phân ly là các

ion Hydro và Hydroxyl:

H2O ⇔ H+

+ OH￾Theo định luật tác dụng khối lượng, ở trạng thái cân bằng ta có:

( )

( ). ( )

a H2O

a H a OH K

+ −

= (4.1)

K được gọi là hằng số phân ly của nước (hay còn gọi là hằng số

cân bằng); a(H+), a(OH-

), a(H2O) tương ứng là hoạt độ của H+

, OH-

và

H2O. Hoạt độ của các ion và của nước được tính như sau:

( ) .[ ]

( ) .[ ]

( ) .[ ]

2 2 2

a H O f H O

a OH f OH

a H f H

H O

OH

H

=

=

=

− −

+ +

(4.2)

Trong đó fH, fOH, fH2O tương ứng là các hệ số hoạt độ và [H+

], [OH-

], [H2O] tương ứng là nồng độ của các ion H+

, OH-

và của nước.

Do có lực tương tác giữa các ion trong dung dịch mà số lượng các

ion hoạt động (hoạt độ) luôn nhỏ hơn số lượng thực của các ion (nồng

độ), nghĩa là hệ số hoạt độ luôn có giá trị nhỏ hơn 1. Hệ số này phụ

thuộc vào điện tích các ion và lực tương tác giữa chúng. Nếu lực giữa

các ion trong dung dịch rất nhỏ (ví dụ trong nước sạch hoặc trong dung

dịch loãng) thì hệ số hoạt độ rất gần với 1. Khi đó hoạt độ xấp xỉ bằng

nồng độ.

77

Thay các biểu thức tính hoạt độ (4.2) vào (4.1) ta có:

H O

H OH

H O f

H OH f f K

2

[ ].

[ ].[ ]. .

2

+ −

= (4.3)

Vì nước phân ly rất kém, nghĩa là số ion có trong dung dịch rất ít

nên lực ion giữa chúng không đáng kể. Như vậy đối với nước sạch có thể

coi fH.fOH/fH2O=1, do đó từ (4.3) ta có:

[ ]

[ ].[ ]

H2O

H OH K

+ −

=

hay K.[H2O] = [H+

].[OH-

]

Ở trạng thái cân bằng ứng với nhiệt độ 22o

C và áp suất 760 mmHg,

nước sạch trung tính có hằng số phân ly K ≈ 1,8.10-16. Cũng do nước

phân ly rất kém nên có thể coi nồng độ phân tử gam của nước là không

đổi, có giá trị [H2O]=1000/18≈55,56 mol/l. Từ đó suy ra

K.[H2O]=[H+

].[OH-

]=1.10-14

cũng là đại lượng không đổi và được gọi là

hằng số tích ion của nước. Khi nước phân ly, do số lượng ion Hydro và

Hydroxyl được tạo ra bằng nhau nên nước sạch trung tính luôn có:

[ ] [ ] 10 10 ( / ) 14 7 H = OH = = ion − gam l + − − −

Mặc dù nồng độ các ion Hydro và Hydroxyl trong nước có thể bị

biến đổi do nhiều quá trình khác nhau, song tích nồng độ của chúng luôn

là một hằng số và bằng 10-14. Điều đó có nghĩa là nếu có quá trình nào

đó làm tăng nồng độ H+

(ví dụ sự phân ly của các muối bicacbonat hoà

tan trong nước) thì nồng độ OH-

phải giảm tương ứng, ngược lại nếu H+

giảm thì OH-

phải tăng, sao cho tích nồng độ của chúng không đổi.

Trong trường hợp nồng độ H+

tăng lên, nghĩa là [H+

]>10-7>[OH-

] thì môi

trường sẽ mang tính axit, ngược lại - môi trường mang tính kiềm.

Do nồng độ ion Hydro (và Hydroxyl) quá nhỏ bé nên để tiện lợi

cho việc biểu diễn định lượng nồng độ của chúng, người ta sử dụng các

trị số pH hoặc pOH:

pH = -lg [H+

] hoặc pOH = -lg [OH-

]

Với cách biểu diễn này thì môi trường trung tính có pH=pOH=7,