I. NƯỚC LÀ CHẤT ĐIỆN LI RẤT YẾU

1.Sự điện li của nuớc

Thực nghiệm cho thấy, nước là chất lỏng có tính dẫn điện rất yếu đó là do nước điện li rất yếu theo phản ứng thuận nghịch:

${H_2}O + {H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over {\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} {H_3}{O^ + } + O{H^ - }$ (1)

Viết gọn:

${H_2}O \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over {\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} {H^ + } + O{H^ - }$(2)

Thực nghiệm đã xác định được rằng, ở nhiệt độ thường cứ 555 triệu phân tử ${H_2}O$ chỉ có một phân tử phân li ra ion.

2. Tích số ion của nước

Khi phương trình (2) đạt trạng thái cân bằng:

$K = \frac{{\left[ {{H^ + }} \right]\left[ {O{H^ - }} \right]}}{{\left[ {{H_2}O} \right]}}$

Nước là chất điện li yếu

$ \to {H_2}O = const$. Khi đó:

$K\left[ {{H_2}O} \right] = {K_{{H_2}O}} = \left[ {{H^ + }} \right].\left[ {O{H^ - }} \right]$

Hằng số ${K_{{H_2}O}}$ được gọi là tích số ion của nước, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ.

Ở ${25^o}C:{K_{{H_2}O}} = \left[ {{H^ + }} \right].\left[ {O{H^ - }} \right] = {1.10^{ - 14}}$

$ \to \left[ {{H^ + }} \right] = \left[ {O{H^ - }} \right] = \sqrt {{{10}^{ - 14}}}  = {10^{ - 7}}mol/l$

Từ đó, ta có nồng độ ion ${H^ + }$ và nồng độ $O{H^ - }$ trong các môi trường như sau:

- Môi trường trung tính:

$\left[ {{H^ + }} \right] = \left[ {O{H^ - }} \right] = {10^{ - 7}}M$

- Môi trường axit:

$\left[ {{H^ + }} \right] > \left[ {O{H^ - }} \right] \to \left[ {{H^ + }} \right] > {10^{ - 7}}M$

- Môi trường kiềm:

$\left[ {{H^ + }} \right] < \left[ {O{H^ - }} \right] \to \left[ {{H^ + }} \right] < {10^{ - 7}}M$

3.Ý nghĩa tích số ion của nước

a)Môi trường axit

Khi hoà tan axit vào nước, nồng độ ${H^ + }$ tăng, vì vậy nồng độ $O{H^ - }$ phải giảm sao cho tích số ion của nước không đổi.

Như khi hoà tan axit HCl vào nước để nồng độ ${H^ + }$ bằng $1,{0.10^{ - 3}}M$, thì nồng độ $O{H^ - }$ là:

$\left[ {O{H^ - }} \right] = \frac{{1,{{0.10}^{ - 14}}}}{{1,{{0.10}^{ - 3}}}} = 1,{0.10^{ - 11}}M$

Vậy môi trường axit là môi trường trong đó:

$\left[ {{H^ + }} \right] > \left[ {O{H^ - }} \right] \to \left[ {{H^ + }} \right] > 1,{0.10^{ - 7}}M$

b)Môi trường kiềm

Khi hoà tan bazơ vào nước, nồng độ $O{H^ - }$ tăng, vì vậy nồng độ ${H^ + }$ phải giảm sao cho tích số ion của nước không đổi. Thí dụ, hoà tan bazơ vào nước để nồng độ $O{H^ - }$ bằng $1,{0.10^{ - 5}}M$ thì nồng độ ${H^ + }$ là:

$\left[ {{H^ + }} \right] = \frac{{1,{{0.10}^{ - 14}}}}{{1,{{0.10}^{ - 5}}}} = 1,{0.10^{ - 9}}M$

Vậy môi trường kiềm là môi trường trong đó :

$\left[ {{H^ + }} \right] < \left[ {O{H^ - }} \right] \to \left[ {{H^ + }} \right] < 1,{0.10^{ - 7}}M$

II. KHÁI NIỆM VỀ pH. CHẤT CHỈ THỊ AXIT - BAZƠ

1.Khái niệm về pH

Để đánh giá độ axit và độ kiềm của dung dịch một cách thuận lợi (tránh dùng những nồng độ với số mũ âm) người ta dùng chỉ số pH với quy ước như sau :

$\left[ {{H^ + }} \right] = {10^{ - pH}}M \to pH =  - 1g\left[ {{H^ + }} \right]$

Khi đó:

-         Ở môi trường trung tính:

$\left[ {{H^ + }} \right] = {10^{ - 7}} \to pH =  - 1{g^{ - 7}} = 7$

-         Ở môi trường axit:

$\left[ {{H^ + }} \right] > {10^{ - 7}} \to pH < 7$

-         Ở môi trường kiềm:

$\left[ {{H^ + }} \right] < {10^{ - 7}} \to pH > 7$

Thang pH thường dùng có giá trị từ 1 đến 14.

Giá trị pH có ý nghĩa to lớn trong thực tế như pH của máu người và động vật có giá trị gần như không đổi. Thực vật chỉ có thể sinh trưởng bình thường khi giá trị pH của dung dịch trong đất ở trong khoảng xác định đặc trưng cho mỗi loại cây. Tốc độ ăn mòn kim loại trong nước tự nhiên phụ thuộc rất nhiều vào giá trị pH của nước mà kim loại tiếp xúc.

2.Chất chỉ thị axit - bazơ

Chất chỉ thị axit - bazơ là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch.

Màu của hai chất chỉ thị axit - bazơ là quỳ và phenolphtalein trong dung dịch ở các khoảng pH khác nhau được đưa ra trong bảng dưới đây:

Màu của quỳ và phenolphtalein trong dung dịch ở các khoảng pH khác nhau

Trộn lẫn một số chất chỉ thị có màu biến đổi kế tiếp nhau theo giá trị pH, ta được hỗn hợp chất chỉ thị vạn năng. Dùng băng giấy tẩm dung dịch hỗn hợp này có thể xác định được gần đúng giá trị pH của dung dịch theo như hình sau:

Màu của chất chỉ thị vạn năng (thuốc thử MERCK của Đức) ở các giá trị pH khác nhau

Để xác định tương đối chính xác giá trị pH của dung dịch, người ta dùng máy đo pH.