5. Ионное произведение воды. Водородный показатель.

Вода является очень слабым электролитом, поэтому она незначительно диссоциирует, образуя ионы водорода и гидроксильные ионы:

H₂O_(ж.)Н⁺_(водн.)+ОН^-_(водн.)

Этому процессу соответствует константа диссоциации:

K=

Концентрация воды в водных растворах обычно очень велика, приблизительно 55М, и в разбавленных растворах остается практически постоянной. Поэтому принято исключать концентрацию воды из выражения для константы ее диссоциации в водных растворах. Это позволяет написать выражение для константы диссоциации воды в таком виде:

К[Н₂О]=К_{Н O}=[H⁺][OH^-] (5.1)

Произведение двух постоянных величин, К и [H₂O], дает новую постоянную, К_{Н O}. Эта константа равновесия называется ионным произведением воды. При 25^оС ионное произведение воды К_{H O} имеет величину 1.010^-14.

К_{Н O}=[H⁺][OH^-]=1.010^-14 (5.2)

Выражение (5.2) применимо не только к чистой воде, но и к водным растворам. Раствор, в котором [H⁺]=[OH^-], называют нейтральным. Но в большинстве растворов концентрации ионов Н⁺ и ОН^- не совпадают. Если концентрация одного из этих ионов возрастает, концентрация другого должна уменьшаться так, чтобы их произведение по-прежнему оставалось постоянным: в любом случае ионное произведение воды должно быть равно 1.010^-14. В кислых растворах величина [H⁺] больше [OH^-], а в основных растворах, наоборот, [OH^-] больше [Н⁺].

Кислотно-основные свойства воды имеют большое значение во многих отраслях науки. Так, например, от кислотности или основности воды очень сильно зависят разложение химических загрязнителей в сточных водах, скорость коррозии металлических предметов, находящихся в воде, а также пригодность водной среды к обитанию в ней рыб и растений. Концентрацию ионов Н⁺ и ОН^- в таких растворах часто выражают при помощи водородного рН и гидроксильного рОН показателей.

рН=-lg[H⁺] (5.3)

pOH=-lg[OH^-] (5.4)

Логарифмируя соотношение (5.2) и меняя знак на обратный, при 25^оС получим:

рН+рОН=14 (5.5)

При этой температуре в нейтральных растворах рН=7, в кислых  рН<7, в щелочных  рН>7.

6. Условия протекания химических реакций

Химические превращения осуществляются при смешении растворов. Конечно, при смешении растворов ионных соединений вообще может не произойти никакой реакции. Например, при смешении водных растворов хлорида кальция и нитрата калия не происходит никакого химического превращения. Обе соли относятся к числу сильных электролитов, ни одна из них не обладает сколько-нибудь заметной кислотностью или основностью, и никакая комбинация имеющихся в их растворах ионов не приведет к образованию нерастворимой соли. Результирующие химические превращения наблюдаются лишь в тех случаях, когда выполняется по крайней мере одно из следующих условий:

1. Образование осадка.

2. Выделение газа.

3. Образование неэлектролита.

4. Образование слабого электролита.

5. Перенос одного или нескольких электронов.

6. Образование или разрыв одной или нескольких ковалентных связей.

Многие реакции этого типа  например, реакции горения  не протекают в водной среде. Однако столь же многие реакции этого типа могут идти и в воде. Например, такой спирт, как этанол, окисляется бихроматом калия с образованием ацетальдегида:

2Н⁺_(водн.)+3С₂Н₅ОН_(водн.)+Cr₂O₇^2-3C₂H₄O_(водн.)+Сr₂O_3(тв.)+4Н₂О_(ж.)

В результате данной реакции не только образуется несколько новых ковалентных связей, но также меняется степень окисления и образуется неэлектролит. Этот пример показывает, что в каждой конкретной реакции могут содержаться признаки нескольких перечисленных выше типов реакций.