Applied aspects of acid-base interactions and modelling equilibrium concentrations in two-component acid mixtures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Fundamental and applied research into aqueous and non-aqueous solutions of strong and weak electrolytes remains to be highly relevant, which fact is confirmed by a large number of Russian and foreign publications. In almost all such publications, acid-base interactions are considered exclusively with regard to changes in hydrogen ion concentrations. However, the ionic strength of solutions is determined by all ions present in the system, the concentration of which varies during interactions. This is particularly true for potentiometric titration of strong and weak electrolytes not only in aqueous, but also in more complex non-aqueous solutions, which differ significantly in their basic properties (dielectric constant, ionic product, dipole moment, viscosity, etc.). In the study of equilibria, it is more feasible to develop model representations that would greatly simplify and facilitate the computation and evaluation of certain properties of the system under consideration. In this work, acid-base interactions are presented in the form of equations based on mass action laws and those describing equilibrium processes, solvent ionic product, electroneutrality and material balance in electrolyte systems. The proposed equations consider the effect of the concentrations of all charged particles in the system (not only of hydrogen ions – pH) on the ionic strength of the solution, activity coefficients and, as a consequence, the thermodynamic dissociation constant. In addition, these equations allow the dependence between the equilibrium concentrations of all charged particles and the solution acidity determined by the potentiometric method to be expressed in convenient and objective logarithmic coordinates, thus facilitating estimation of the concentration of all particles at any moment of titration.

About the authors

B. B. Tanganov

East Siberian State University of Technology and Management

Email: tanganov@rambler.ru

References

  1. Палит Ш.Р., Дас М.Н., Сомаяджулу Г.Р. Неводное титрование / пер. с англ.; под ред. А.П. Крешкова. М.: Госхимиздат. 1958. 192 с.
  2. Харнед Г., Оуэн Б. Физическая химия растворов электролитов / пер. с англ. под ред. А.Ф. Капустинского. М.: Изд-во иностранной литературы, 1952. 628 с.
  3. Мэлвин-Хьюз Э.Я. Физическая химия: в 2 кн.; пер. с англ. Е.Н. Еремина; под ред. Я.И. Герасимова. М.: Изд-во иностранной литературы. 1962. Кн. 2. 628 с.
  4. Робинсон Р.А., Стокс Р.Г. Растворы электролитов / пер. с англ.; под ред. А.Н. Фрумкина. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. 646 с.
  5. Крешков А.П., Быкова Л.Н., Казарян Н.А. Кислотно-основное титрование в неводных средах. М.: Химия. 1967. 192 с.
  6. Ваддингтон Т. Неводные растворители / пер. с англ. М.: Химия. 1971. 376 с.
  7. Денеш И. Титрование в неводных средах / пер. с англ. И.Ф. Долмановской, С.С. Чуранова; под ред. И.П. Белецкой. М.: Мир. 1971. 413 с.
  8. Измайлов Н.А. Электрохимия растворов. 3-е изд., испр. М.: Химия. 1976. 488 с.
  9. Александров В.В. Кислотность неводных растворов. Харьков: Вища школа. 1981. 152 с.
  10. Крешков А.П. Аналитическая химия неводных растворов. М.: Химия. 1982. 256 c.
  11. Полторацкий Г.М., Семенов С.В. Средние ионные коэффициенты активности и константа диссоциации HCl в системе HCl – H 2 SO 4 – H 2 O при 298 К // Журнал общей химии. 2002. Т. 72. N 10. С. 1599–1602.
  12. Levanov A.V., Gurbanova U.D., Isaikina O.Y., Lunin V.V. Dissociation constants of hydrohalic acids hcl, hbr, and hi in aqueous solutions // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2019. Vol. 93. Issue 1. P. 93–101. https://doi.org/10.1134/S0036024419010187
  13. Отто М. Современные методы аналитической химии; в 2 т. пер. с нем. под ред. А.В. Гармаша.М.: Техносфера. Т. 1. 2003. 416 с.; т. 2. 2004. 288 с.
  14. Roda G., Dallanoce C., Grazioso G., Liberti V., De Amici M. Determination of acid dissociation constants of compounds active at neuronal nicotinic acetylcholine receptors by means of electrophoretic and potentiometric techniques // Analytical Sciences. 2010. Vol. 26. Issue 1. P. 51–54. https://doi.org/10.2116/analsci.26.51
  15. Lysova S.S., Zevatskii Y.E., Demidov E.V., Novoselov N.P. Densimetric study of protolytic equilibria in aqueous electrolyte solutions // Russian Journal of General Chemistry. 2015. Vol. 85. Issue 4. P. 781–785. https://doi.org/10.1134/S1070363215040015
  16. Rockwood A.L. Meaning and measurability of single-ion activities, the thermodynamic foundations of pH, and the Gibbs free energy for the transfer of Ions between dissimilar materials // ChemPhysChem. 2015. Vol. 16. Issue 9. P. 1978–1991. https://doi.org/10.1002/cphc.201500044
  17. Lysova S.S., Skripnikova T.A., Zevatskii Yu.E. Algorithm for calculating the dissociation constants of weak electrolytes and ampholites in water solutions // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2017. Vol. 91. Issue 12. P. 2366–2369. https://doi.org/10.1134/S0036024418050229
  18. Levanov A.V., Isaikina O.Y., Lunin V.V. Dissociation constant of nitric acid // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2017. Т. 91. N 7. P. 1221–1228. https://doi.org/10.1134/S0036024417070196
  19. Meychik N.R., Stepanov S.I., Nikolaeva Yu.I. Calculating the Ionization constant of functional groups of carboxyl ion exchangers // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2018. Vol. 92. N 2. P. 265–270. https://doi.org/10.1134/S0036024418010156
  20. Леванов А.В., Курбанова У.Д., Исайкина О.Я., Лунин В.В. Константы диссоциации галогенводородных кислот HCl, HBr и HI в водном растворе // Журнал физической химии. 2019. Т. 93. N 1. С. 86–94/
  21. Танганов Б.Б. Исследование равновесий в неводных растворах поликислот (модель и эксперимент). II. Термодинамические константы диссоциации поликислот // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2011. N 6. С. 55–57.
  22. Tanganov B.B. Modelling of ions mobility in plasmalike concept and transfer processes in electrolyte solutions // Journal of Chemistry and Chemical Engineering. 2013. Vol. 7. Issue. 8. P. 711–724.
  23. Tanganov B.B., Alekseeva I.A. A Method for calculating the acid-base equilibria in aqueous and nonaqueous electrolite solutions // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2017. Vol. 91. Issue 6. P. 1149–1151. https://doi.org/10.1134/S0036024417060243

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».