Диссоциация воды. Среда растворов

Сама вода – это очень слабый электролит:

Концентрации катиона Н⁺ и аниона ОН^‑ в чистой воде весьма малы и составляют 1 10^‑7 моль/л при 25 °C.

Катион водорода Н⁺ представляет собой простейшее ядро – протон р⁺ (электронная оболочка катиона Н⁺ – пустая, 1s⁰). У свободного протона велики подвижность и проникающая способность, в окружении полярных молекул Н₂O он не может оставаться свободным. Протон тут же присоединяется к молекуле воды:

В дальнейшем для простоты оставляется запись Н⁺ (но подразумевается Н₃O⁺).

В воде содержание ионов Н⁺ и ОН одинаково; в водных растворах кислот появляется избыток ионов Н⁺, в водных растворах щелочей – избыток ионов ОН (за счет диссоциации кислот и оснований).

Типы среды водных растворов:

Содержание Н⁺ и ОН^‑ в водных растворах обычно выражают через водородный показатель рН (читается пэ‑аш) и аналогичный ему гидроксильный показатель рОН:

Для воды при комнатной температуре имеем:

следовательно, в чистой воде:

Это равенство справедливо и для водных растворов:

Практическая шкала рН отвечает интервалу 1–13 (разбавленные растворы кислот и оснований):

В практически нейтральной среде с рН = 6–7 и рН = 7–8 концентрация Н⁺ и ОН^‑ очень мала (1 10^‑6 – 1 • 10^‑7 моль/л) и почти равна концентрации этих ионов в чистой воде. Такие растворы кислот и оснований считаются предельно разбавленными (содержат очень мало вещества).

Для практического установления типа среды водных растворов служат индикаторы – вещества, которые окрашивают в характерный цвет нейтральные, кислые и/или щелочные растворы.

Распространенные в лаборатории индикаторы – это лакмус, метилоранж и фенолфталеин.

Метилоранж (индикатор на кислотную среду) становится розовым в сильнокислом растворе (табл. 16), фенолфталеин (индикатор на щелочную среду) – малиновым в сильнощелочном растворе, а лакмус используется во всех средах.