background image

 

Twardość wody 

Opracowanie: dr Jadwiga Zawada, dr Urszula Lelek-Borkowska 
 
CZĘŚĆ TEORETYCZNA 
 
1. Twardość wody. 
 

Obecność  w  wodzie  rozpuszczalnych  soli  wapniowych  i  magnezowych  powoduje  tzw.  twardość 

wody.  

Twardość wody, jest to ogół właściwości wody, które są skutkiem obecności przede wszystkim jonów 

wapnia (Ca

2+

) i magnezu (Mg

2+

), a także innych metali. 

Sole wapnia i magnezu dostają się do wody w wyniku kontaktu zawartego w niej dwutlenku węgla  

z glebą i skałami zawierającymi wapienie i magnezyty. Wówczas trudno rozpuszczalne w wodzie wapienie  
i  magnezyty  przekształcają  się  w  dobrze  rozpuszczalne  w  wodzie  wodorowęglany  wapnia  i  magnezu. 
Reakcja ta zwana chemicznym wietrzeniem wapieni 

przebiega w następujący sposób (reakcja 1,2):  

 

CaCO

3

 + CO

+ H

2

O = Ca(HCO

3

)

2

      

 

 

(1) 

MgCO

3

 + CO

2

 + H

2

O = Mg(HCO

3

)

2

       

 

(2) 

 

 

Wodorowęglany  wapnia  i  magnezu  powodują  tzw.  twardość  węglanową  wody,  zwaną  również 

twardością  przemijającą  Tw

w

.  Siarczany  oraz  chlorki  wapnia  i  magnezu  (CaSO

4

,  MgSO

4

,  CaCl

2

,  MgCl

2

powodują  twardość  trwałą  (stałą)  wody  Tw

n

.  Suma  twardości  przemijającej  i  trwałej  stanowi  ogólną 

twardość wody Tw

og

.  

 

Twardość ogólna  Tw

og

 

 

 

 

  

 
 
 
 
                               

Twardość węglanowa              

                    

Twardość niewęglanowa 

                                 

(przemijająca) Tw

w

                               

 

        

(trwała) Tw

n

 

                    

(wodorowęglany wapnia i magnezu) 

           (siarczany i chlorki wapnia i magnezu) 

 

Tw

og 

 =  Tw

w

  +  Tw

 
2. Sposoby wyrażania  twardości 
 
 

Do 

określania  ilości  soli  wapnia  i  magnezu  (twardości  wody)  służy  jednostka  zwana  stopniem 

twardości. W literaturze technicznej podaje się twardość wody w stopniach niemieckich, rzadziej francuskich. 
 
1

o

 

twardości (niemiecki)    = 10mg CaO/dm

3

 H

2

O  

1

o

 

twardości (francuski)     = 10mg CaCO

3

/dm

3

 H

2

O  

1

o

 

twardości (niemieckiej) = 0,357miliwali CaO/dm

3

 H

2

1 miliwal CaO/dm

3

 H

2

O   =   2,8

o

n.   

 
3. 

Usuwanie  twardości  (zmiękczanie wody) 

 

Woda  do  celów  przemysłowych,  a  w  szczególności  do  zasilania  kotłów  grzewczych  i  instalacji 

chłodniczych musi być miękka, tj. pozbawiona składników powodujących tworzenie się kamienia kotłowego.  

Kamień kotłowy stwarza niebezpieczeństwo uszkodzenia, a nawet rozerwania kotła w chwili, gdy po 

odpryśnięciu  kamienia  kotłowego  woda  zetknie  się  z  rozgrzaną  ścianą  kotła.  Kamień  kotłowy  powoduje 
straty paliwa wskutek złego przewodnictwa cieplnego.  

Wodorowęglany wapnia i magnezu powodujące twardość przemijającą łatwo można usunąć z wody 

przez gotowanie. Zachodzi wówczas rozkład wodorowęglanów zgodnie z reakcjami 3-5:  

 

  

 

Ca(HCO

3

)

2  

 = CaCO

3

 

+  H

2

O  + CO

2

   

  

 

(3) 

Mg(HCO

3

)

2

  = MgCO

3

 +  H

2

O  + CO

2

  

 

 

(4) 

  

 

MgCO

3

 + H

2

O = Mg(OH)

2

 + CO

2

 

 

 

 

(5) 

background image

 

 

Taki sposób usuwania twardości przemijającej nie jest korzystny dla wody do celów przemysłowych, 

ze  wzgl

ędu  na  wytrącanie  się  trudno  rozpuszczalnego  węglanu  wapnia  (CaCO

3

),  który  jest    przyczyną 

powstawania  kamienia  kotłowego.  Kamień  kotłowy  jest  mieszaniną  różnych  substancji,  w  której  obok 
węglanu  wapnia  występuje  węglan  magnezu,  wodorotlenek  magnezu,  siarczan(VI)  wapnia,  odwodniony 
kwas  krzemowy  czyli  tzw.  krzemionka  oraz  tlenki  żelaza.  W  zależności  od  tego,  który  rodzaj  związku 
występuje  w  przeważającej  ilości  wyróżnia  się  następujące  jego  odmiany:  kamień  węglanowy,  kamień 
siarczanowy, kamień krzemianowy. 
 

Uogólniając  można  powiedzieć,  że  zmiękczanie  wody  polega  na  usuwaniu  z  niej  jonów 

powodujących  twardość  tj.  jonów  Ca

2+

,  Mg

2+ 

oraz  jonów  innych  metali  jak:  Fe

2+

,  Mn

2+

,  Al

3+

.  Zmiękczanie 

wody można przeprowadzić stosując: 

 

destylację, 

 

 

metody termiczne, 

 

 

metody chemiczne,

 

 

 metody fizyczno-chemiczne. 

 

 

Destylacja 

pozwala na otrzymanie idealnie zmiękczonej wody - pozbawiona jest ona wszelkich  soli. Koszty 

zmiękczania tą metodą są jednak wysokie i w przemyśle nie ma ona większego zastosowania.  
 
Termiczne  metody 

usuwania  twardości  wody  polegają  na  ogrzewaniu  wody  do  ok.  100 

o

C,  bowiem  w 

takiej temperaturze i przy ciśnieniu atmosferycznym (1013 hPa) następuje rozkład wodorowęglanów wapnia 
i  magnezu,  z  wydzieleniem  trudno  rozpuszczalnego  węglanu  wapnia,  węglanu  magnezu  i  wodorotlenku 
magnezu.  
 
Chemiczne metody usuwania twardości wody polegają na strąceniu nierozpuszczalnych osadów, w skład 
których wchodzą nierozpuszczalne związki wapnia i magnezu.  
 
 

Jednym  ze  sposobów  jest  zastosowanie  metody  sodowo-wapiennej.  Wodę  zadaje  się  wapnem 

gaszonym i sodą. Wapno usuwa twardość przemijającą  (reakcje 6-8):  

 

Ca(HCO

3

)

2

 + Ca(OH)

2

 = 2CaCO

3

 + 2H

2

 

 

(6) 

Mg(HCO

3

)

2

 + Ca(OH)

2

 = MgCO

3

 + CaCO

3

+ 2H

2

 

(7) 

MgCO

3

 + Ca(OH)

2

 = Mg(OH)

2

 + CaCO

3

  

 

 

(8) 

 
Soda  natomiast  usuwa  twardość  trwałą.  Przypuśćmy,  że  reaguje  z  nią  siarczan(VI)  wapnia  i  chlorek 
magnezu (reakcje 9, 10):  

CaSO

4

 + Na

2

CO

3

=CaCO

3

 + Na

2

SO

4

    

 

 

(9) 

MgCl

2

+ Na

2

CO

= MgCO

3

 + 2NaCl  

 

 

 

(10) 

 

W  każdym  ze  sposobów  zmiękczania  powstają  nierozpuszczalne  węglany  wapnia  i  magnezu  w  postaci 
szlamistego  osadu,  który  zostaje  odfiltrowany  lub  osiada  na  dnie  zbiorników  (nie  tworząc  kamienia 
kotłowego). Metoda ta jest szeroko stosowana, gdyż jest tania i prosta.  
 
 

Innym chemicznym sposobem usuwania twardości wody jest tzw. szczepienie kwasami, polegające 

na dodawaniu mocnych kwasów. W wyniku tego zachodzi rozkład wodorowęglanów wapnia i magnezu wg 
reakcji 11 i 12: 

Ca(HCO

3

)

2

 + 2HCl = CaCl

2

 + 2H

2

O + 2CO

2

  

 

 

(11) 

Mg(HCO

3

)

2

 + 2HCl = MgCl

2

 + 2H

2

O + 2CO

2

    

 

(12) 

 

Metoda  ta 

usuwania  twardości  przeciwdziała  utworzeniu  się  kamienia  kotłowego,  ale  niestety  zwiększa 

własności korozyjne wody. 
  

Zmiękczanie fosforanami polega na usuwaniu soli wapnia i magnezu w postaci nierozpuszczalnych 

osadów fosforanowych (reakcje 13-16). Koszt zmiękczania fosforanami jest wyższy niż innymi chemikaliami i 
dlatego  tę  metodę  stosuje  się  do  zmiękczania  wody  o  niewielkiej  twardości  lub  jako  uzupełnienie  innych 
metod.  

3Ca(HCO

3

)

2

 + 2Na

3

PO

4

 = Ca

3

(PO

4

)

2

  +  6NaHCO

3

  

 

(13) 

3Mg(HCO

3

)

2

 + 2Na

3

PO

4

 = Mg

3

(PO

4

)

2

  +  6NaHCO

3

  

 

(14) 

3CaSO

4

 + 2Na

3

PO

4

 = Ca

3

(PO

4

)

2

  +  3Na

2

SO

4

   

 

(15) 

3MgCl

2

 + 2Na

3

PO

4

 = Mg

3

(PO

4

)

2

  +  6NaCl  

 

 

(16) 

 

background image

 

Fosforany  nie  powodują  korozji  żelaza,  zapobiegają  tworzeniu  się  kamienia  kotłowego  rozkładając  kamień 
już istniejący.  
 
Metody  fizyczno-chemiczne  usuw

ania  twardości  wody  to  między  innymi  stosowanie  jonitów,  tj. 

wymieniaczy  jonowych.  Wymieniacze  jonowe  są  to  substancji  mające  zdolność  do  wymiany  kationów 
(kationity) lub anionów (anionity). Jonity nie rozpuszczają się w wodzie, lecz reagują na swojej powierzchni 
ze  związkami  zawartymi  w  wodzie.  Dawniej  zmiękczanie  wody  przeprowadzano  za  pomocą  zeolitów 
(naturalne  kationity  nieorganiczne).  Ostatnimi  czasy 

zeolity  zastępowane  są  przez  syntetyczne  żywice 

jonowymienne o dużej masie molowej. Oczyszczana woda przepuszczana jest najpierw przez kationit, który 
wymienia zawarte w wodzie kationy na jony wodorowe (reakcje 17a i 18a): 

 

2HKt + Ca

2+

 + CO

3

2- 

=  CaKt

2

 + 2H

+

 + CO

3

2-

  

 

 

(17a) 

2HKt + Ca

2+

 + SO

4

2-

 =  CaKt

2

 + 2H

+

 + SO

4

2-

  

 

 

(18a) 

 

a  następnie  przez  anionit  (reakcje  17b,  18b)  który  wymienia  aniony  na  jony  wodorotlenkowe  łączące  się  
z jonami wodorowymi na obojętne cząsteczki wody.  

 

2AnOH + 2H

+

 + CO

3

2- 

= An

2

CO

+ 2H

+

 + 2OH

-

    

 

(17b) 

2AnOH + 2H

+

 + SO

4

2-

  = An

2

SO

4

 + 2H

+ 2OH

   

 

(18b) 

 

 

 

Prawidłowe  prowadzenie  demineralizacji  wody  na  jonitach  pozwala  otrzymać  wodę  czystą.  Woda 

dejonizowana używana jest obecnie do zasilania często używanych jeszcze w przemyśle kotłów parowych, 
w których – dzięki temu procesowi – nie powstaje kamień kotłowy. Klasyfikację wód według stopni twardości 
podano w tabeli 1. 

 

Tabela 1. 

Klasyfikacja wody pod względem twardości. 

 

twardość wody [

o

n] 

rodzaj wody 

0

bardzo miękka 

4

miękka 

8

20 

twarda 

ponad 20 

bardzo twarda 

 

 
 
Literatura:

 

1.  Praca zbiorowa pod red. K. Moskwy: 

Ćwiczenia laboratoryjne z chemii z elementami teorii i obliczeń dla 

mechaników, skrypt AGH, str. 88÷96, Kraków 2000  

 

 
PYTANIA KONTROLNE 
 
1. 

Wyjaśnij na przykładzie pojęcia: jon, kation, anion, gramorównoważnik, wal, stężenie normalne. 

2. 

Omów fizyczne i chemiczne własności wody 

3. 

Jakie sole powodują twardość wody: a) przemijającą, b) nieprzemijającą (trwałą). 

4. 

Jakie znasz sposoby wyrażania twardości wody. 

5. 

Jakie znasz metody usuwania twardości wody. 

6.  Na  czym  polega  met

oda  jonitowa  usuwania  twardości  wody.  Zapisz  reakcje  zachodzące  na  kationicie 

       i anionicie. 
7.  Na czym polega metoda sodowo-

wapienna usuwania twardości wody. Zapisz reakcje. 

8.  Na czym polega szczepienie kwasami 
9. 

Jaki rodzaj twardości usuwa metoda termiczna? 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

 

 

 

RÓWNOWAGI  W  ROZTWORACH    ELEKTROLITÓW 

 
Opracowanie: dr Jadwiga Zawada, dr inż. K. Moskwa 
 
1. Dysocjacja elektrolityczna 

 

Substancje, które podczas rozpuszczania w wodzie (lub innych rozpuszczalnikach) rozpadają się na 

jony nazywamy elektrolitami, natomiast p

roces rozpadu substancji na jony (pod wpływem rozpuszczalnika) 

nosi nazwę dysocjacji elektrolitycznej. Substancje te mają zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. 

Elektrolity,  to 

substancje  o  budowie  jonowej  (np.  sole),  a  także  liczne  substancje  o  wiązaniach 

kowalencyjnych, które tworzą jony dopiero wskutek oddziaływania ich cząstek z rozpuszczalnikiem (np. HCl, 
H

2

S, HCN). Proces dysocjacji będzie zależał od rodzaju wiązań w cząsteczce rozpuszczonej jak i od rodzaju 

rozpuszczalnika.  Woda,  ze  wz

ględu  na  dipolowy  charakter  cząsteczki  jest  dobrym  rozpuszczalnikiem  dla 

substancji posiadających wiązanie jonowe lub atomowe spolaryzowane. Wodne roztwory kwasów, zasad i 
soli nieorganicznych są elektrolitami. 
 

W  rozpuszczalnikach  organicznych  niew

odnych  nie  zachodzi  proces  rozpadu  na  jony,  a  związki 

nieorganiczne w nich rozpuszczone występują w formie cząsteczkowej. 
 

 

 

 

 

1.1. Stopień dysocjacji 

 

Dysocjacja substancji A

n

B

m

 w 

roztworze zachodzi według schematu (reakcja 1): 

A

n

B

m

 



 A

m+

+ mB

n

   

 

 

 

 

(1) 

na przykład:  

 

HNO

3

 



 H

+

 + NO

3

-

  

 

 

 

 

(2)  

Ca(OH)

2

 

 Ca

2+

 + 2OH

-

  

 

 

 

(3) 

Al

2

(SO

4

)

3

 

 2Al

3+

 + 3SO

4

2-

  

 

 

 

(4) 

 

            

Stosunek  liczby  cząsteczek  (moli)  rozpadających  się  na  jony  do  ogólnej  liczby  cząsteczek  (moli) 

rozpuszczonych nosi nazwę stopnia dysocjacji elektrolitycznej 

o

zd

n

n

 

=

  

α

      

 

 

 

 

 

(I) 

 

 

   

Gdzie: 

   -  

stopień dysocjacji 

n

zd

 - 

liczba cząsteczek (moli) rozpadających się na jony 

n

o

  -  

ogólna liczba cząsteczek (moli) rozpuszczonych. 

 

 
Stopień  dysocjacji  może  przyjmować  wartości  0  < 

 

<  1.  W  zależności  od  stopnia  dysocjacji 

elektrolity  dzielimy  na  mocne,  średniej  mocy  i  słabe.  Im  więcej  cząsteczek  ulega  rozpadowi  na  jony,  tym 
mocniejszy jest elektrolit. Stopień dysocjacji elektrolitów wzrasta wraz z rozcieńczeniem roztworu. 
Do mocnych elektrolit

ów zaliczamy: 

- prawie wszystkie sole nieorganiczne 

część kwasów nieorganicznych (np. HCl, HNO

3

, H

2

SO

4

, HBr, HI) 

wodorotlenki litowców i berylowców z wyjątkiem Be(OH)

2

 i Mg(OH)

Słabe elektrolity to: 

część kwasów nieorganicznych (H

2

S, HCN, H

2

CO

3

część wodorotlenków nieorganicznych (NH

4

OH, większość wodorotlenków metali dwu- i trójwartościowych) 

- kwasy i zasady organiczne 
Natomiast 

elektrolity średniej mocy to np. H

3

PO

4

, H

2

SO

3

, H

3

AsO

4

 
1.2. 

Stała dysocjacji 

 

W słabych elektrolitach cząsteczki niezdysocjowane znajdują się w stanie równowagi z produktami 

dysocjacji (jonami). Reakcję dysocjacji dla słabego elektrolitu można zapisać jako reakcję odwracalną:  

CH

3

COOH 



CH

3

COO

-

 + H

+

    

 

 

(5) 

Mg(OH)

2

 



 Mg

2+

 + 2OH

-

  

 

 

 

(6) 

background image

 

 

stanie równowagi, tzn.  gdy szybkości reakcji w  obu kierunkach są jednakowe, możemy określić 

stałą równowagi reakcji zgodnie z równaniem (II): 

]

B

A

[

]

[B

 

]

[A

 

=

 

K

  

          

m

n

m

-

n

n

m

B

A

m

n

   

 

 

 

(II) 

Na przykład: 

]

M g(OH)

[

]

[OH

 

]

[M g

 

=

 

K

         

          

COOH]

CH

[

]

[H

 

]

COO

[CH

 

=

 

K

2

2

-

2

Mg(OH)

3

+

-

3

COOH

CH

2

3

 

 
Nawiasy kwadratowe oznaczają stężenie wyrażone w mol/dm

3

 

Stałą K równowagi reakcji dysocjacji nazywamy stałą dysocjacji. Jest to stosunek iloczynu stężeń 

jonów  do  stężenia  cząsteczek  niezdysocjowanych.  Stałą  dysocjacji  wyznacza  się  tylko  dla  słabych  lub 
średniej  mocy  elektrolitów.  Dla  elektrolitów  mocnych  stężenie  [AB]  lub  [A

n

B

m

]  jest  bliskie  zeru.  Stałych 

dysocjacji  dla  mocnych  elektrolitów  na  ogół  nie  definiuje  się,  gdyż  wartości  ich  są  bardzo  duże  i  zwykle 
wyraźnie zmieniają się ze stężeniem. 
 

Kwasy  wi

eloprotonowe,  zawierające  w  swojej  cząsteczce  kilka  atomów  wodoru,  dysocjują 

stopniowo.  Dla  każdego  etapu  dysocjacji  możemy  wyznaczyć  stałą  równowagi  reakcji.  Wartość  stałej 
dysocjacji pierwszego stadium jest zawsze większa od kolejnych stadiów stałych dysocjacji, np: 
 
 

H

3

PO

4

 



 H

+

 + H

2

PO

4

 

 

K

1

 = 7,51 . 10

-3

   

 

(7) 

 

H

2

PO

4

-



H

+

 + HPO

4

2- 

                 

K

2

 = 6,23 . 10

-8   

 

(8) 

 

HPO

4

2-



H

+

 + PO

4

3-

 

 

 

K

3

 = 2,2 . 10

-13

   

 

(9) 

 
 

Również  wodorotlenki posiadające kilka grup wodorotlenkowych dysocjują stopniowo. Dla  każdego 

etapu  dysocjacji  ustala  się  odpowiednia  równowaga  reakcji,  którą  można  określić  za  pomocą  stałej 
dysocjacji. 
 

Stała  dysocjacji,  w  odróżnieniu  od  stopnia  dysocjacji,  nie  zależy  od  stężenia  elektrolitu,  lecz 

wyłącznie od temperatury - ze wzrostem temperatury wartość stałej dysocjacji wzrasta. 
 
1.3

. Prawo rozcieńczeń Ostwalda 

 

Zależność  pomiędzy  stopniem  dysocjacji  a  stałą  dysocjacji  dla  słabych  elektrolitów  określa  prawo 

rozcieńczeń Ostwalda (wzór III): 
 

 

1

C

 

=

 

K

m

 

2

            

 


gdzie: 

  -  

stopień dysocjacji 

K  -  

stała dysocjacji 

C

m

 - 

stężenie molowe elektrolitu 

 
 

Dla  bardzo  słabych  elektrolitów  stopień  dysocjacji 

 

jest  tak  mały,  że  1-

 

1.  Wówczas  prawo 

rozcieńczeń Ostwalda można przedstawić wzorem przybliżonym (IVa i IVb): 

 
K = 

2

C                 (IVa) 

 
lub po przekształceniu: 

C

K

 

=

  

        (IVb) 

 
 

Ze  wzoru  tego  wynika,  że  stopień  dysocjacji  słabego  elektrolitu  jest  odwrotnie  proporcjonalny  do 

pierwiastka kwadratowego  z  jego  stężenia.   W miarę  rozcieńczania  dowolnego  słabego  elektrolitu  wzrasta 
jego stopień dysocjacji. 
 
2. Iloczyn jonowy wody, pH roztworów wodnych 

Czysta  woda  jest  bardzo  słabym  elektrolitem,  którego  część  cząsteczek  ulega  rozpadowi  na  jony 

(równanie 10a): 

2H

2

 H

3

O+ + OH

-

    

 

 

 

 

 

(10a) 

Lub w sposób uproszczony (równanie 10b): 
 

H

2

 H

+

 + OH

-

  

 

 

 

 

 

 

(10b) 

(IIa) 

(IIb) 

(III) 

background image

 

W stanie równowagi, zgodnie ze wzorem II, stała dysocjacji wody określona jest wzorem: 

O]

H

[

]

[OH

 

]

[H

 

=

 

K

2

-

+

O

H

2

 

 

 

 

 

Stężenie cząsteczek nie zdysocjowanych jest stałe i wynosi [ H

2

O ] = 55,55 mol/dm

3. 

Stała dysocjacji wody w 

temperaturze 25 

o

C wynosi 1,8

 10-16, a 

więc:    

 

 
K · [H

2

O] = [H

+

] [OH

-

] = 1,8 

10

-16

 

· 55,55 = 10

-14 

 
Iloczyn K·[H

2

O] oznaczamy jako L i nazywamy  iloczynem jonowym wody 

(równanie V). 

 

L = [H

+

] · [OH

-

] = 10

-14  

          

 

 

 

 

 

 (V)      

                                                                                 

W czystej wodzie stężenia jonów wodorowych i wodorotlenkowych są sobie równe (równanie VI):     
 

[H

+

] = [OH

-

] = 10

-7

  

 

 

 

 

 

 

(VI) 

 
Jeśli w roztworze : 

[H+] = 10

-7

 - 

roztwór jest obojętny 

 

 

 

[H+] 

 10

-7

 - 

roztwór jest kwaśny 

 

 

 

[H+] 

 10

-7 

roztwór jest zasadowy. 

 

 

W celu wyrażenia kwasowości lub zasadowości roztworu (czyli tzw. odczynu roztworu) używa się pojęcia pH 
(tzw. współczynnik Sorensena), który został zdefiniowany jako ujemny logarytm ze stężenia molowego jonów 
wodorowych. 

pH = -log [H

+

]                        

 

 

 

 

 

(VII)      

                                                                                 

Zatem, kiedy    pH = 7 rozt

wór jest obojętny 

 

           

pH < 7  roztwór jest kwaśny 

 

           

pH > 7 roztwór jest zasadowy 

 
 

Znając  kwasowość  lub  zasadowość  roztworu  określoną  stężeniem  jonów  wodorowych  bądź 

wodorotlenkowych łatwo obliczyć pH roztworu. Niewielkie zmiany pH wpływają na przebieg wielu procesów 
chemicznych, zarówno biologicznych jak i przemysłowych. 
 

Pomiary  pH  można  wykonać  przy  pomocy  wskaźników  lub  papierków    uniwersalnych.  Dokładną 

wartość  pH otrzymamy korzystając z urządzenia zwanego pH- metrem. 

Wskaźniki są to słabo zdysocjowane kwasy lub zasady organiczne, które zmieniają swoją barwę w 

zależności od pH roztworu. Zmiana zabarwienia jest wynikiem zmiany stopnia dysocjacji własnej wskaźnika. 
Każdy wskaźnik ma charakterystyczny dla siebie zakres pH, w którym następuje stopniowa zmiana barwy. 
Zakres ten często nazywamy zakresem czułości danego wskaźnika.    
 
2.1. Przykłady obliczeń pH 
 
Przykład 1. 
Obliczyć pH 0,001 m roztworu HCl, przyjmując, że jest on całkowicie zdysocjowany na jony  (

 = 1). 

 
Rozwiązanie:   
Rzeczywiste stężenie jakiegokolwiek z jonów elektrolitu wynosi: 
 

C = C ·

 

·n                                      

 

 

 

 

(VIII)         

 
gdzie: 
C   -   

stężenia molowe elektrolitu 

   -   

stopień dysocjacji 

n   -    

liczba jonów danego rodzaju, która powstaje z 1 cząsteczki elektrolitu 

HCl 

 H

+

 + Cl

-

   

 

 

 

 

 

 

(11) 

zatem 

(korzystając ze wzoru VIII): 

[H

+

] = 0,001· 1· 1 = 10

-3

 mol/dm

czyli: 

pH = -log 10

-3

 = 3 

 
Odpowiedź:  
pH roztworu wynosi 3. 
 
 

background image

 

Przykład 2. 
Obliczyć pH 0,001 m roztworu Mg(OH)

2

, przyjmując, że jest on zdysocjowany w  50%  (

 = 0,5).  

 
Rozwiązanie: 
 

Mg(OH)

2

 

 Mg

+2

 + 2OH

-

  

 

 

 

 

 

(12) 

Stężenie jonów wodorotlenowych (obliczone na podstawie wzoru VIII) wynosi: 

  

[OH

-

] = 0,001· 0,5· 2 = 10

-3

 

 
Korzystając ze wzoru na iloczyn jonowy wody (wzór V) obliczamy stężenie jonów wodorowych [H

+

 

11

-

3

-

-14

-

-14

+

10

 

=

 

10

10

 

=

 

]

[OH

10

 

=

 

]

[H

             

stąd  

pH = -log 10

-11

 = 11 

Odpowiedź:    pH roztworu roztworu wodorotlenku magnezu wynosi 11. 
 
3. Reakcje jonowe 

Elektrolity, jak już wcześniej wspomniano, w roztworach wodnych występują w postaci jonów. Jony 

w roztworze wodnym bardzo łatwo ze sobą reagują, przy czym szybkość reakcji, w porównaniu z szybkością 
reakcji  między  nieelektrolitami  jest  duża.  Reakcje  jonowe  przebiegają  niemal  natychmiast.  Jeżeli  kwasy, 
zasady i sole reagują ze sobą, to reakcja zachodzi pomiędzy jonami a nie cząsteczkami.  
      

Reakcje między jonami zachodzą wówczas, gdy w wyniku reakcji powstanie: 

  

- substancja trudno rozpuszczalna, 

  

substancja słabo zdysocjowana. 

 

Rozpatrzmy  pierwszy  przypadek,  tj.  powst

awania  trudno  rozpuszczalnej  substancji,  na  przykład 

AgCl.  Charakterystyczne  jest,  że  bez  względu  na  rodzaj  soli,  kation    daje  z  właściwym  anionem  ten  sam 
produkt reakcji: 
 

AgNO

3

 + NaCl = AgCl

 + NaNO

3

  

 

 

 

 

(13a) 

 

Ag

2

SO

4

 + 2KCl = 2AgCl

 + K

2

SO

4

  

 

 

 

 

(14a) 

 

lub jonowo: 

 

Ag

+

 + NO

3

-

 + Na

+

 + Cl

 = AgCl

 + Na

+

 + NO

3

-

    

 

 

(13b) 

 

2Ag

+

 + SO

4

2-

  + 2K

+

 + 2Cl

-

 = 2AgCl

 + 2K

+

 + SO

4

2-

  

 

 

(14b) 

Skreślając  po  obu  stronach  równania  jony,  które  nie  biorą  udziału  w  reakcji,  powyższe  reakcje  można 
zapisać w formie skondensowanej: 
 

Ag

+

 + Cl

-

 = AgCl



(15) 

Przykładem drugiego typu reakcji jest powstawanie słabo zdysocjowanej substancji, na przykład: 
 

CH

3

COONa + HCl = CH

3

COOH + NaCl   

 

 

 

(16a) 

lub jonowo: 
 

CH

3

COO

-

 + Na

+

 + H

+

 + Cl

-

 = CH

3

COOH + Na

+

 + Cl

-

  

 

 

(16b) 

 

Na  podstawie  reakcji  16a  oraz  16b  można  zaobserwować,  że  jony  Na

+

  i  Cl

-

 

nie  biorą  udziału  w 

reakcji, a więc równanie tej reakcji można zapisać w skróconej formie: 

 

 

CH

3

COO

-

 + H

+

 = CH

3

COOH 

 

 

 

 

 

(16c) 

 
 

Pisząc  reakcje    jonowe,  wzory  mocnych  elektrolitów  przedstawiamy  w  formie  jonowej,  natomiast 

wzory substancji trudno rozpuszczalnych i słabo zdysocjowanych w postaci cząsteczkowej. Jony, które nie 
wchodzą w reakcję pomijamy. 
 
4. Hydroliza soli 

Hydroliza 

jest to reakcja jonów soli z wodą. 

     

Po  dodaniu  nie

wielkiej  ilości  soli  do  wody  otrzymamy  roztwór,  który  zależnie  od  rodzaju 

rozpuszczonej soli może mieć odczyn obojętny, kwaśny lub zasadowy. Przyczyną tego zjawiska są reakcje 
jonów soli z wodą, czyli hydroliza. 
 
 

background image

 

 

Hydroliza jest reakcją odwrotną do reakcji zobojętniania: 

 

 

 

 

 

zobojętnienie 

 

 

kwas + zasada       



      

sól + woda   

 

 

(17) 

 

 

 

 

   

hydroliza 

 

Hydrolizie ulegają tylko sole, których jony mają zdolność przyjmowania lub oddawania protonów  w 

środowisku wodnym. Do soli tego typu należą z reguły: 

 -  

sole słabych kwasów i mocnych zasad, 

 -  

sole mocnych kwasów i słabych zasad 

 -  

sole słabych kwasów i słabych zasad. 

Sole mocnych kwasów i mocnych zasad nie hydrolizują, ich jony w środowisku wodnym nie przyjmują i nie 
oddają protonów. 
 
4.1. Hydroliza so

li słabych kwasów i mocnych zasad 

 

Tego rodzaju sole hydrolizują w roztworach wodnych powodując odczyn zasadowy. Cyjanek potasu 

(KCN) 

jest  solą  pochodzącą  od  bardzo  słabego  kwasu  cyjanowodorowego  (HCN)  i  mocnej  zasady 

potasowej KOH. Po rozpuszczeniu tej soli w wodzie zachodzi reakcja : 
 
 

K

+

 + CN

-

 + H

2

 HCN + K

+

 + OH

-

  

 

 

 

 

(18a) 

CN

-

 + H

2

O  

 HCN + OH

-

  

 

 

 

 

 

(18b) 

 

 

W  wyniku  łączenia  się  jonów  soli  z  wodą  tworzy  się  słaby  kwas  HCN  (w  małym  stopniu 

zdysocjowany) i  mocna zasada KOH (całkowicie zdysocjowana na jony). Znajdujące się w roztworze jony 
OH

-

 

nadają roztworowi odczyn zasadowy. (pH > 7). 

 
4.2. Hydroliza soli słabych zasad i mocnych kwasów 
 

W wyniku hydrolizy tego typu soli odczyn roztworu staje się kwaśny (pH < 7). Jako przykład podano 

się hydrolizę chlorku amonu (NH

4

Cl). 

 
 

NH

4

+

+ Cl

+ H

2

 NH

4

OH + H

+

 + Cl

-

 

 

 

 

 

(19a) 

NH

4

+

 + H

2

O  

  NH

4

OH + H

+

 

 

 

 

 

 

(19b) 

 
 

Tworzący się w wyniku hydrolizy wodorotlenek amonu jest słabą zasadą, a więc słabo zdysocjowaną 

na  jony.  Natomiast  HCl  jest  silnie  zdysocjowanym  na 

jony  kwasem  i  znajdujące  się  w  roztworze  jony  H

+

 

nadają mu odczyn kwaśny. 
 
4.3. Hydroliza soli słabych kwasów i słabych zasad 
 

Sole  słabych  kwasów  i  słabych  zasad  w  roztworze  wodnym  ulegają  hydrolizie,  a  odczyn  wodnych 

roztworów  tych  soli    będzie  słabo  kwaśny  lub  słabo  zasadowy  zależnie  od  tego,  który  z  utworzonych 
elektrolitów,  kwas  czy  zasada,  jest  mocniejszy  (w  większym  stopniu  zdysocjowany).  Jako  przykład 
omówiona zastanie reakcja hydrolizy węglanu amonu. 
 
 

2NH

4

+

 + CO

3

2-

 + H

2

O  

 2NH

4

OH  + H

2

CO

3

  

 

 

 

(20) 

  

 
Małe wartości stałych dysocjacji tworzącego się wodorotlenku amonu i kwasu węglowego powodują 

powstanie znacznej ilości obu tych związków w roztworze (są one w małym stopniu zdysocjowane na jony). 

 

5

-

4

-

4

  

OH

NH

10

 

1,79

 

=

 

OH]

NH

[

]

[OH

 

]

[NH

 

K

4

 

 

 

 

 

(IX) 

 

7

-

3

2

3

+

CO

H

10

 

4,47

 

=

 

]

CO

H

[

]

[HCO

 

]

[H

 

K

  

3

2

   

 

 

 

(X) 

 
 

Wartość stałej dysocjacji wodorotlenku amonu jest większa od stałej dysocjacji kwasu węglowego, a 

więc reakcja hydrolizy węglanu amonu ma charakter słabo alkaliczny. 
 
4.4. Sole mocnych kwasów i mocnych zasad 

 

Sole tej g

rupy nie ulegają hydrolizie, a ich roztwory wykazują odczyn obojętny (pH = 7). Spróbujmy 

wg poprzednich reguł podać równanie reakcji chlorku sodu z wodą: 
 
              Na

+

 + Cl

-

 + H

2

 Na

+

 + Cl

-

 + H

2

O  

 

 

 

 

(21) 

 
 

Po prawej i po lewej stronie równania mamy takie same reagenty, stąd  wniosek, że sole mocnych 

kwasów i mocnych zasad nie hydrolizują. 

background image

 

 
PYTANIA KONTROLNE 
 
1. Zdefiniować pojęcia: dysocjacja elektrolityczna, stała dysocjacji, stopień dysocjacji. 
2. Jaką zależność określa prawo rozcieńczeń Ostwalda? 
3.  Co to jest hydroliza soli? 
4. Które sole ulegają hydrolizie? 
5. Co to jest iloczyn jonowy wody? 
6. Podać definicję pH. 
7. Obliczyć pH następujących roztworów: 
 

a) 0,1 m HCN (zakładając, że 

 = 0,01%) 

 

b) 0,1 m NH

4

OH (zakładając, że 

 = 1%) 

9. Obliczyć stężenie H+ i OH- w roztworach wodnych o pH równych: 
 

a) pH = 7,   b) pH = 4,   c) pH = 9