16. Ионной произведение воды. Водородный показатель растворов.

Водородный показатель (рН) величина, характеризующая актив­ность или концентрацию ионов водорода в растворах. Водородный показатель численно равен отрицательному десятичному  логарифму активности или концентрации ионов водорода, выраженной в молях на литр: pH=-lg[ H⁺ ] В воде концентрация ионов водорода определяется электролитической диссоциацией воды по уравнению H₂O=H⁺+OH^-

Наиболее устойчивыми являются молекулы H2O, имеюшие следующее строение

Молекулы H2O  подвергаются электролитической диссоциации:

Как видно из уравнения электролитической диссоциации, вода может проявлять и кислотные, и основные свойства.

Применив закон действия масс, получим

где K Равновесная концентрация недиссоциированных молекул воды равна:

где C_H2O — суммарная концентрация диссоциированных и недиссоциированных молекул воды.

Ввиду очень малой степени электролитической диссоциации воды величинами {H+} {OH-}можно пренебречь. Тогда выражение примет вид: Здесь C_H2O— величина постоянная.

Вычислив, сколько молей воды в 1л(1000г) ее:

выразим общую концентрацию воды C_H2O в молях на 1 л:

Подставив это значение в выражение закона действия масс, получим:

Величину произведения {H+} {OH-}называют ионным произведением воды и обозначают K_W. Эта величина больше константы электролитической диссоциации воды в 55,5 раза.

_H2O— константа электролитической диссоциации воды.

В кислых растворах больше концентрация ионов водорода  [H⁺] > [OH^–], в щелочных – концентрация гидроксид-ионов [H⁺] < [OH^–]. Однако произведение значений этих концентраций всегда остается постоянным. Если, например, к чистой воде добавить столько кислоты, чтобы концентрация ионов водорода повысилась до 10^–3 моль/л, то концентрация гидроксид-ионов  уменьшится и станет равной 10^–11 моль/л. Следовательно, если известна величина [H⁺], то однозначно определяется величина [OH^–]. Поэтому степень кислотности или щелочности раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов водорода:

Нейтральный раствор          [H⁺]=10^–7 моль/л;

кислый раствор          [H⁺]>10^–7 моль/л;

щелочной раствор                         [H⁺]<10^–7 моль/л.

Наиболее часто используют не концентрацию [H⁺], а ее десятичный логарифм, взятый с обратным знаком

pH= –lg [H⁺].

Эта величина называется водородным показателем. Например, если [H⁺]=10^–5 моль/л, то pH=5; если [H⁺]=10^–9 моль/л, то pH=9. Отсюда следует, что в нейтральном растворе pH=7, в кислом растворе pH<7, в щелочном растворе pH>7. Иногда пользуются значением pOH= –lg[OH^–]. При 25С выполняется равенство pH+pOH=14.

Для многих процессов величина рН очень важна (для жизнедеятельности растений и животных – pH крови, почвенного раствора). Свойства природных вод, в частности их коррозионная активность, сильно зависят от pH.