Билет 18. Автопротолиз воды. Константа автопротолиза воды. Водородный показатель (pH) как количественная мера активной кислотности и основности. Определение активной концентрации ионов водорода.

Автопротолиз воды.

Автопротолиз – обратимый процесс образования равного числа катионов и анионов из незаряженных молекул жидкого индивидуального вещества за счет передачи протона от одной молекулы к другой.

Наличие водородных связей в жидкой воде объясняет её автопротолиз

Для воды характерна протолитическая амфотерность. Реакция самоионизации (автопротолиза) воды, в ходе которой протон от одной молекулы воды (кислоты) переходит к другой молекуле воды (основанию) описывается уравнением:

H₂O + H₂O ↔ H₃O⁺ + OH^-.

Константа равновесия для уравнения автопротолиза воды равна 1,82*10^-16

Константа автопротолиза воды

Так как вода находится в растворе в большом избытке и в малой степени подвергается ионизации, то можно отметить, что ее концентрация величина постоянная и равна 55,6 моль (1000 г : 18 г/моль = 56 моль) в литре воды.

Следовательно, произведение К_и(Н₂O) и концентрации воды равны 1,8•10^-16 моль/л • 55,6 моль/л = 10^-14моль²/л². Таким образом, [H⁺][OH^-] = 10^-14 (при 25 °С) является постоянной величиной, обозна-

чается K_w и называется константой автопротолиза воды. Иногда используют устаревшее название - ионное произведение воды. Используя это значение, можно рассчитать концентрации ионов гидроксония и гидроксид-ионов в чистой воде:

= 10^-14

Итак, в чистой воде или любом водном растворе при постоянной температуре произведение концентраций катионов водорода и гидроксид-ионов есть величина постоянная, называемая константой автопротолиза или ионным произведением воды.

Водородный показатель (pH) как количественная мера активной кислотности и основности.

Ионное произведение воды величина важная и позволяет для любого водного раствора определить концентрацию ионов водорода при известной концентрации гидроксид-ионов и наоборот.

Например, если [H⁺] = 10^-5 моль/л, то [OH^-] = 10^-14/10^-5 = = 10^-9 моль/л.

Растворы, в которых концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов одинакова - называют нейтральными растворами [H⁺] = [OH^-] = = 10^-7 моль/л (pH=7). В кислых растворах [H⁺] > [OH^-], [H⁺] > 10^-7моль/л (pH<7), а в щелочных [OH^-] > [H⁺], [OH^-] > 10^-7 моль/л (pH>7). Удобно пользоваться не абсолютными величинами K(H₂O), [H⁺] и [OH^-], а их отрицательным десятичным логарифмом. Обозначают рК(Н₂О), pH и рОН. Прологарифмировав и изменив знаки в уравнении, получим: pH + рОН = 14. Если pH = 3, то рОН = 14 - 3 = 11. pH и рОН однозначно тесно связаны между собой. Для упрощения за основу принимают водородный показатель pH - десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком: pH = -lg[H⁺]. pOH = -lg[OH^-]. pH – водородный показатель, pOH – гидроксильный показатель.

Определение активной концентрации ионов водорода.

Для растворов сильных кислот:

Для растворов сильных оснований:

Для предельно разбавленных растворов сильных кислот и оснований приближённо равна единице, поэтому активности ионов водорода и гидроксид-ионов приближённо равны их концентрациям.

Формулы для расчёта pH

Слабых кислот и оснований:

Сильных кислот и оснований:

pH = -lg[H⁺]

pH = 14+lg[OH^-]