ВЛИЯНИЕ СОРБИТА НА СИЛУ БОРНОЙ КИСЛОТЫ КАК ЭЛЕКТРОЛИТА

Известен факт повышения констант ионизации борной кислоты при обработке ее многоатомными спиртами – глицерином и маннитом. В настоящем исследовании представляло несомненный интерес рассмотрение вопроса о характере действия другого многоатомного спирта – сорбита – на указанную кислоту.

Исследования начались с анализа растворов сорбита различной концентрации (10-6 – 100 М). В этих растворах электрометрическим методом измерялась величина рН и потенциал индикаторного электрода – стеклянного рН-электрода.

Согласно /1/, органические соединения, содержащие гидроксильные группы, способны к диссоциации на ионы:

ROH ↔ R-O- + H+

Степень диссоциации зависит от структуры аниона. Как правило, эти соединения являются очень слабыми кислотами. Например, константы ионизации эритритов и пентитов имеют величину порядка 10-14 /2/.

Как известно /1/, уже в одноатомных спиртах гидроксильный атом водорода обладает способностью замещаться такими энергичными металлами, как калий и натрий. Однако кислотные свойства спиртового гидроксила слишком слабы, и алкоголяты разлагаются водой на спирт и едкую щелочь. Первичные спирты являются настолько слабыми кислотами, что даже с самыми чувствительными индикаторами не показывают кислой реакции среды.

Увеличение числа гидроксильных групп в молекуле (иными словами – повышение атомности спирта) усиливает кислотные свойства спиртов, что обусловлено, видимо, увеличением полярности связи О – Н; водород OH-группы замещается на металл даже при действии гидроксидов. Так, трехатомный спирт – глицерин – образует металлические производные со щелочными металлами и гидроксидами тяжелых металлов (например, с гидроксидом меди).

Как показывают результаты проведенного эксперимента, растворы сорбита во всем изученном интервале концентраций имеют кислую среду. Кислотность растворов закономерно увеличивается с ростом концентрации сорбита. В пределах концентрации сорбита 10-6 – 100 М рН изменяется от 6,58 до 4,10. Потенциал варьирует, соответственно, в пределах 56 – 146 мВ.

Дальнейшие исследования шли по пути выявления зависимости «рН – рСспирта» и «E – рСспирта» в растворах, содержащих борную кислоту постоянной концентрации. Постановка серии этих опытов преследовала задачу установить факт влияния (или отсутствия такового) сорбита на силу борной кислоты как электролита.

С этой целью готовилась серия стандартных растворов. Их приготовление сводилось к следующему. В семь мерных колб емкостью 50 мл вносилось одна и та же аликвота (10мл) исходного стандартного раствора борной кислоты (См=0,05М). Затем в каждую колбу вносилась рассчитанная аликвота стандартного раствора спирта с таким условием, что после доведения объемов растворов до метки концентрация спирта варьировала в пределах 10-6-100 моль/л, концентрация борной кислоты во всех колбах была одна и та же – 0,01М.

В каждом растворе электрометрически определялась величина рН и значение потенциала индикаторного электрода. Анализ полученных данных говорит следующее. Кислотность растворов борной кислоты закономерно увеличивается (рН уменьшается) с ростом концентрации сорбита. При этом отчетливо проявилась прямолинейная зависимость рН в пределах концентрации спирта 10-3 – 100 моль/л (рСспирта 3-0). Уменьшение угля наклона прямой в координатах «рН – рСспирта» к оси абсцисс наблюдается при концентрации сорбита 10-3 моль/л и ниже.

Сопоставление значений рН в растворах сорбита переменной концентрации с аналогичными данными для растворов сорбита, содержащих борную кислоту постоянной концентрации, указывает на повышение кислотности в растворах «сорбит – борная кислота». Наблюдается определенная закономерность: если при концентрации сорбита, равной 10-6 моль/л, присутствие борной кислоты совершенно не сказывается на величине рН среды (∆рН = 0), то в дальнейшем ∆рН постепенно нарастает; это свидетельствует в пользу повышения кислотности растворов сорбита (рН уменьшается с повышением концентрации сорбита). При изменении концентрации сорбита от 10-5 до 100 моль/л ∆рН закономерно увеличивается и принимает значения: 0,02 (концентрация сорбита – 10-5 моль/л); 0,92 (10-3 моль/л); 0,45 (10-4 моль/л); 1,12 (10-2 моль/л); 1,46 (10-1 моль/л); 1,65 (100 моль/л).

Можно однозначно предположить, что повышение кислотности растворов спиртов в присутствии борной кислоты связано с повышением силы борной кислоты, причем тем в большей степени, чем выше концентрация спирта.

Характерно отметить, что электропроводность растворов борной кислоты в присутствии сорбита заметно увеличилась. Она составила 2000 µS/cm против 1000 µS/cm раствора борной кислоты в отсутствии указанного спирта.

Наличие спирта отразилось также на величине константы ионизации борной кислоты. Согласно /2/, константа ионизации данной кислоты, являющейся одной из слабейших неорганических кислот, составляет 5,7·10-10. Введение в раствор борной кислоты сорбита (0,1 моль/л или 1 моль/л) поднимает порядок константы ионизации кислоты до 10-7 и 10-4, соответственно указанным концентрациям.

Наблюдаемые факты повышения электропроводности растворов и константы ионизации борной кислоты, видимо, можно рассматривать как подтверждение факта увеличения силы борной кислоты в присутствии шестиатомного спирта – сорбита.