21. Ионизация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель.PH растворов сильных кислот и оснований.

Диссоциация воды.

Процесс диссоциации воды согласно теории Бренстеда протекает по уравнению:

; ∆H=+56,5 кДж∕моль

То есть одна молекула воды отдает, а другая-присоединяет протон, происходит автоионизация воды. Константа диссоциации воды при 298 К, определенная методом электрической проводимости, равна:

Кд(h2o)=а(h+)*а(oh-)∕а(h20)=1,8*10^-16 моль∕л

Степень диссоциации воды очень мала, поэтому активности водород- и гидроксид- ионов в чистой воде практически равны их концентрациям. Так как вода присутствует в большом избытке, ее концентрация может считаться постоянной и составляет 55,6 моль∕л. Подставляя в выражение новое значение,а вместо активностей их концентрации, получают новое выражение:

К(h2o)=[H+][OH-]=10^-14 моль^2∕л^2  моль/л.при 298 К

Константа К(h2o) называется ионным произведением или константой автоионизации воды.

В чистой воде или любом водном растворе при постоянной температуре произведение концентраций(активностей) водород- и гидроксид- ионов есть величина постоянная , называемая ионным произведением воды.

Константа К(h2o) зависит от температуры. При повышении температуры константа увеличивается, так как процесс диссоциации воды – эндотермический .

Концентрации гидроксид- и водород-ионов взаимозависимы: зная концентрацию одного из этих ионов, всегда можно рассчитать концентрацию другого иона. Поэтому кислотность и щелочность можно охарактеризовать количественной концентрацией одного из ионов. Обычно используют отрицательный десятичный логарифм активности(концентрации) водород-ионов,называемый водородным показателем pH среды:

pH = -lg c(H+),

т. е. водородный показатель — это десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода, взятый со знаком «минус».

Чему равен водородный показатель в чистой воде? Его легко рассчитать, если воспользоваться рассмотренным нами понятием «ионное произведение воды». Как было сказано, в чистой воде концентрации ионов H+ и OH‾ равны, т. е. c(H+) = c(ОН‾). Учитывая, что c(H+) • c(ОН‾) = 10‾ 14 (см. формулу 6), получаем:

c(H+) • c(ОН‾) = (10‾ 14)1/2 =10‾ 7 моль/л.

Теперь можно рассчитать водородный показатель:

pH = - lg c(H+); pH = - lg 10‾ 7 = 7.

Таким образом, в чистой воде значение водородного показателя равно 7. Водная среда с таким значением pH называется нейтральной. Так как в кислых растворах [H+] > 10−7, то у кислых растворов pH < 7, аналогично, у щелочных растворов pH > 7, pH нейтральных растворов равен 7. При более высоких температурах константа электролитической диссоциации воды повышается, соответственно увеличивается ионное произведение воды, поэтому нейтральной оказывается pH < 7 (что соответствует одновременно возросшим концентрациям как H+, так и OH−); при понижении температуры, напротив, нейтральная pH возрастает.

pH растворов сильных кислот и оснований.

Для вычисления рН растворов кислот и оснований следует предварительно вычислить молярную концентрацию свободных ионов водорода или свободных гидроксил ионов , а затем воспользоваться

формулами:

pH=-lg[ H+ ]; рОН-=-lg[ OH-]; рН + рОН =14

Концентрация любого иона в моль/л в растворе электролита можно вычислить по уравнению

где См иона – молярная концентрация иона в моль/л;

См – молярная концентрация электролита в моль/л;

α-степень диссоциации электролита;

n -количество ионов данного вида, которое получается при распаде одной молекулы электролита

Если электролит слабый, то значение степени диссоциации может быть определено на основании закона разбавления Оствальда:

тогда CMиона=См·α·n =v СMКдис