Диссоциация воды. Водородный показатель

Химически чистая вода является очень слабым электролитом, но все же обладает некоторой электропроводностью, которая объясняется диссоциацией воды

Н₂О «Н⁺ + OH^-,

КН₂О = [Н⁺] × [OH^-] / [Н₂О] = 1,8×10^-16 при 18⁰С,

где [Н⁺], [OH^-] и [Н₂О] - равновесные активности (или для разбавленных растворов концентрации ионов и молекул). Концентрацию нераспавшихся молекул можно считать равной общей концентрации молекул воды. Тогда количество молей Н₂О в 1000 г. равно 1000/18=55,6. Поэтому уравнение диссоциации воды можно переписать так

КН₂О ×[Н₂О] = [Н⁺] × [OH^-]

и подставив значение [Н₂О] = 55,6 и КН₂О = 1,8×10^-16, получим

[Н⁺] × [OH^-] = 1,8×10^-16 ×55,6 = 10^-14.

Произведение [Н⁺] × [OH^-] называется ионным произведением воды - К_w, и К_w=10^-14.

Ионное произведение воды практически постоянно для водных растворов кислот, солей, щелочей и зависит от температуры (при температуре кипения К_w возрастает примерно в 100 раз и достигает величины 10^-12). Усиление электролитической диссоциации воды при нагревании существенно влияет на многие химические процессы, в том числе на процессы гидролиза.

Раствор, в котором концентрация [Н⁺] = [OH^-], является нейтральным, отсюда [Н⁺] = [OH^-] = Ö К_w = 10^-7 моль/л.

Если [Н⁺] > [OH^-], раствор является кислым, а щелочным при [Н⁺] < [OH^-]. Чтобы избавиться от отрицательной степени, для характеристики кислотности или щелочности растворов введена такая величина, как водородный показатель - рН и соответственно гидроксильный показатель - рОН.

pH = - lg [Н⁺]; pOH = - lg[OH^-].

pH + pOH = 14 (при 22⁰С).

В нейтральной среде [Н⁺] = [OH^-] = 10^-7 и pH = 7. В кислых растворах рН < 7, а в щелочных - рН > 7.

Например, при pH = 2,5 pH =10^-2,5, а [OH^-] = 10^-11,5 моль/л. Концентрация ионов Н⁺ в таком растворе в миллиард раз больше концентрации ионов OH^-.

Определение pH имеет большое значение. Процессы, протекающие при электролизе, при травлении полупроводников, кинетика химических процессов и т.д. зависят от pH. Для качественного определения pH раствора пользуются индикаторами, то есть веществами, изменяющими свою окраску в зависимости от кислотности или щелочности среды. Для точного измерения величины pH применяют pH-метры.

Для количественной оценки изменения концентрации ионов Н⁺ и OH^- пользуются постоянством ионного произведения воды, то есть

[Н⁺] = К_w /[OH^-] или [OH^-] = К_w /[ Н⁺].